PVC生產(chǎn)裝置危險(xiǎn)性分析

1、目 錄第一章 緒論11.1化工生產(chǎn)事故分析11.1.1化工生產(chǎn)事故統(tǒng)計(jì)及分析11.1.2 化工生產(chǎn)過程和反應(yīng)失控21.2 化工裝置危險(xiǎn)性的研究現(xiàn)狀41.3聚氯乙烯生產(chǎn)裝置61.4本課題的意義81.5 本文的研究內(nèi)容9第二章 生產(chǎn)工藝過程及其危險(xiǎn)性102.1氮乙烯聚合反應(yīng)機(jī)理102.2 PVC生產(chǎn)工藝過程112.2.1制備方法112.2.2 生產(chǎn)過程112.3聚合生產(chǎn)工藝過程的危險(xiǎn)性分析152.3.1物質(zhì)的危險(xiǎn)性152.3.2工藝過程的危險(xiǎn)性152.3.3設(shè)備的危險(xiǎn)性17第三章 系統(tǒng)安全分析243.1故障樹分析243.1.1故障樹分析程序243.1.2聚合釜爆炸故障樹建立253.1.3故障樹分析

2、283.2道化學(xué)火災(zāi)爆炸指數(shù)法293.2.1道化學(xué)火災(zāi)爆炸指數(shù)法分析程序293.2.2道化學(xué)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性分析303.3事故緊急應(yīng)對措施36第四章 結(jié)論及建議38致 謝39摘 要化工生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和日常生活中的地位十分重要。為滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要，化工產(chǎn)品的產(chǎn)量日益增多，化工生產(chǎn)裝置越來越向規(guī)?；?，大型化的方向發(fā)展。而化工生產(chǎn)中的所涉及到的燃料多具有易燃，易爆及有毒等危險(xiǎn)特征。這樣使得化工生產(chǎn)裝置的危險(xiǎn)性越來越大?，F(xiàn)代化化學(xué)工業(yè)中，盡管反應(yīng)器多種多樣，管線布置紛繁復(fù)雜，但其危險(xiǎn)性主要還是來自化學(xué)工藝本身。多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是在有攪拌器的反應(yīng)器中進(jìn)行的放熱反應(yīng)，如：硝化、磺化、氧化、氯化、酯化、聚合、

3、分解等。反應(yīng)失控型事故是化工裝置的一種常見型事故類型，預(yù)防此類事故的發(fā)生是化工生產(chǎn)過程中防火防爆的重點(diǎn)問題，因此加強(qiáng)這方面的研究是很有必要的。本文以氯乙烯聚合反應(yīng)釜為例，從物質(zhì)、工藝過程、反應(yīng)設(shè)備三個(gè)方面定性的分析了其工藝危險(xiǎn)性。并用故障樹分析法，道化學(xué)火災(zāi)爆炸指數(shù)法兩種不同的分析方法對其危險(xiǎn)性進(jìn)行研究。并針對分析結(jié)果，提出了相應(yīng)的安全措施。 關(guān)鍵詞： 聚氯乙烯； 生產(chǎn)裝置；危險(xiǎn)性分析 第一章 緒論1.1化工生產(chǎn)事故分析 1.1.1化工生產(chǎn)事故統(tǒng)計(jì)及分析從我國1983-1999年17年間的重大工傷事故的類別和傷亡人數(shù)統(tǒng)計(jì)可以看出，爆炸、中毒、火災(zāi)、灼燙為主要的事故類別，占89.6%，而爆炸是發(fā)

4、生頻率最高的一種事故，占57.5%（詳見表1-1）。從表1-1中可以看出，各類事故所致死亡人數(shù)占大多數(shù)，占67.2%。在個(gè)案分析中，發(fā)生10人以上特大傷人事故共4起，均由爆炸引起，其中最為嚴(yán)重的一起爆炸事件直接造成22人死亡、6人重傷、52人輕傷。由于爆炸所波及的范圍較大，且可造成火災(zāi)、灼燙、設(shè)備和房屋坍塌等多種傷害，因此，它的危害程度最大，造成死亡人數(shù)最多。在61起爆炸事故中，有14起為物理性爆炸，主要由于容器，管道超壓引起；有47起為化學(xué)性爆炸，涉及的主要化學(xué)品物質(zhì)有：鹵化物（氯乙烯）12起，芳香烴化合物（汽油、煤氣等）10起，硫化物6起，乙烯4起，液氯3起，液氨2起，其他化學(xué)物質(zhì)共10起

5、。表1-1 1983-1999年全國化工系統(tǒng)重大工傷事故的類別及傷亡事故6事故類別起數(shù)（構(gòu)成比，%）死亡人數(shù)（構(gòu)成比，%）重傷人數(shù)（構(gòu)成比，%）輕傷人數(shù)（構(gòu)成比，%）爆炸61（57.5）289（62.7）96（78.7）237（57.9）中毒19（17.9）72（15.6）7（5.7）136（33.3）火災(zāi)8（7.5）34（7.4）3（2.5）5（1.2）灼燙7（6.6）25（5.4）9（7.4）13（3.2）高處墜落4（3.8）13（2.8）6（4.9）1（0.2）坍塌3（2.8）16（3.5）1（0.8）5（1.2）物體打擊2（1.9）6（1.3）0（0）8（2.0）觸電2（1.9）6（1

6、.3）0（0）4（1.0）合計(jì)106（100）461（100）122（100）409（100） 通過分析我國化工系統(tǒng)的重大工傷事故可見，爆炸、中毒、火災(zāi)、灼燙為最常見的事故類別。就上述4種類型事故的平均每起致死人數(shù)而言，爆炸引起的平均死亡人數(shù)最多，因此預(yù)防化工系統(tǒng)中的爆炸事故應(yīng)為事故預(yù)防中的重中之重。1.1.2 化工生產(chǎn)過程和反應(yīng)失控在化工生產(chǎn)中所涉及的化學(xué)反應(yīng)有吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)兩種，且反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)裝置各異，但多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是在有攪拌器的反應(yīng)器中進(jìn)行的放熱反應(yīng)，反應(yīng)的介質(zhì)以液相為主。盡管有設(shè)計(jì)安全與可靠的反應(yīng)器和外圍設(shè)備，以及現(xiàn)代的過程控制技術(shù)，但由于技術(shù)和人為的原因，還是可能導(dǎo)致危險(xiǎn)性較大

7、的故障。如果，由此而產(chǎn)生的反應(yīng)熱得不到及時(shí)的排放，反應(yīng)熱將在反應(yīng)體系內(nèi)蓄積。此時(shí)，放熱反應(yīng)會(huì)越來越劇烈，反映溫度急劇上升，導(dǎo)致反應(yīng)過程無法控制，即反應(yīng)失控。同時(shí)，反應(yīng)體系的壓力不斷增大，在封閉的系統(tǒng)內(nèi)，將導(dǎo)致反應(yīng)器壓力升高，最后達(dá)到并超過反應(yīng)器的最大許可工作壓力，有可能引起危險(xiǎn)物質(zhì)的非正常釋放。從而導(dǎo)致反應(yīng)器中有爆炸危險(xiǎn)性的物料和空氣形成爆炸性混合物，遇火源發(fā)生爆炸，或者使得有毒有害氣體泄放引發(fā)環(huán)境污染。反應(yīng)失控型火災(zāi)爆炸事故是由于正常的工藝條件失調(diào)，反應(yīng)放熱速度超過散熱速度，導(dǎo)致體系熱量積蓄、溫度升高、反應(yīng)速度進(jìn)一步加快、容器內(nèi)壓力過大，或者反應(yīng)物料發(fā)生了分解、燃燒而引起的，具體過程如圖1-

8、1所示。反應(yīng)速度過快熱量大量積蓄溫度上升物料大量氣化壓力上升破裂爆炸圖1-1 反應(yīng)失控導(dǎo)致爆炸原理圖造成反應(yīng)失控的主要原因主要有以下幾點(diǎn)，但是在實(shí)際中也可使多種原因的重合。(1)溫度的異常上升系統(tǒng)的溫度失控原因可考慮以下幾種:反應(yīng)控制不當(dāng)(添加量、添加速度、添加順序異常等等)。冷卻不良(傳熱系數(shù)或傳熱面積減小，由蒸發(fā)潛熱造成冷卻不正常等等)。過熱(熱交換流體的溫度過高，攪拌熱等等)。(2)不可預(yù)料的物質(zhì)混入反應(yīng)物的溫度是正常的，由于誤操作混入不可預(yù)料的反應(yīng)物和催化劑從而產(chǎn)生激烈的發(fā)熱反應(yīng)。在系統(tǒng)用水沖洗以后，殘留水分于禁水性物質(zhì)反應(yīng)。(3)局部高溫在容器內(nèi)的液體沒有被充分?jǐn)嚢?，熱傳?dǎo)率較小的高

9、粘性液體發(fā)熱時(shí)，會(huì)出現(xiàn)溫度和濃度分布不均的現(xiàn)象。在快速傳播反應(yīng)和爆燃的情況下，即使攪拌也不可能使溫度均勻分布，這種場合不能認(rèn)為保持比反應(yīng)出時(shí)溫度還要低的溫度就是安全的，有必要考慮排除快速傳播。反應(yīng)所造成的局部高溫和過熱。在固體結(jié)晶物質(zhì)發(fā)熱時(shí)，首先從結(jié)晶物中心部位開始熔解，此時(shí)由于純度低的部分首先熔解，不純物濃縮在液相中，會(huì)出現(xiàn)快速分解的危險(xiǎn)。(4)反應(yīng)時(shí)間過長和重復(fù)反應(yīng)這是由于自動(dòng)催化造成的結(jié)果。自動(dòng)催化反應(yīng)是反應(yīng)生成物催化劑或者支配反應(yīng)速度的物質(zhì)而發(fā)生的。在失控反應(yīng)初期，溫度并沒有上升，經(jīng)過一定的誘導(dǎo)期(時(shí)間)就開始失控。通常誘導(dǎo)期(時(shí)間)的對數(shù)同絕對溫度的倒數(shù)成直線關(guān)系。這種反應(yīng)需要化學(xué)基

10、團(tuán)的連鎖反應(yīng)以及誘導(dǎo)期時(shí)間。在可能發(fā)生自動(dòng)催化反應(yīng)的情況下，應(yīng)保證操作時(shí)間小于誘導(dǎo)期(時(shí)間)，在管理上有必要制定控制操作時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)。(5)反應(yīng)物的積蓄在半批量反應(yīng)中，如果反應(yīng)溫度上升要能夠及時(shí)中斷加料，但是有時(shí)加料速度大于反應(yīng)速度就造成未反應(yīng)物在反應(yīng)器的積蓄，在未反應(yīng)物完成反應(yīng)這段時(shí)間內(nèi)會(huì)使溫度失控而升高。造成未反應(yīng)物積蓄可能有以下幾種因素:反應(yīng)溫度過低、反應(yīng)物加料過量、攪拌不均、反應(yīng)抑制物質(zhì)(不純物質(zhì))的混入、催化劑加料過遲。未反應(yīng)物的量石油加料速度與反應(yīng)消耗速度的平衡來決定的，加料速度與溫度存在著函數(shù)關(guān)系。(6)反應(yīng)生成氣造成壓力升高這種失控反應(yīng)常見于有機(jī)化合物的硝酸氧化反應(yīng)，此時(shí)反應(yīng)物自

11、身所產(chǎn)生的NOx造成容器壓力升高，加速了反應(yīng)的進(jìn)行。雖然硝酸、有機(jī)原料以及稀釋水的濃度會(huì)使反應(yīng)速度減緩，但是反應(yīng)物自身會(huì)產(chǎn)生激烈的爆燃或爆炸。能否控制住失控要看反應(yīng)器投料量的多少。(7)相分離有時(shí)反應(yīng)混和物會(huì)出現(xiàn)兩相，其中一相顯現(xiàn)出不穩(wěn)定的情形。液體出現(xiàn)相分離是由于攪拌不充分造成的，固體析出是由于冷卻造成的。如果析出物是對熱或沖擊比較敏感的不穩(wěn)定物質(zhì)，就應(yīng)該避免析出物的出現(xiàn)，特別應(yīng)該注意氧化劑和有機(jī)物共存的情形。在乳液局和反應(yīng)時(shí)，單體從水相分離就會(huì)發(fā)生爆炸反應(yīng)。在硝化反應(yīng)中如果存在兩種液相，并分離出潛能較高的液相時(shí)，就要發(fā)生分解反應(yīng)。(8)火焰或外部受熱受火焰的影響，系統(tǒng)的溫度可能會(huì)上升或發(fā)生

12、失控反應(yīng)，此時(shí)外部受熱會(huì)使反應(yīng)速度比隔熱狀態(tài)是快。常見的化學(xué)反應(yīng)如硝化、磺化、氧化、氯化、酯化、聚合、分解等都可能出現(xiàn)反應(yīng)失控。在化工、醫(yī)藥、化肥、煉化企業(yè)生產(chǎn)中，反應(yīng)失控引起的火災(zāi)爆炸事故屢有發(fā)生。例如2000年6月19日，江蘇泰興市化工廠開發(fā)區(qū)的新加坡獨(dú)資某化學(xué)工業(yè)有限公司氯苯車間發(fā)生爆炸，并引發(fā)火災(zāi)；經(jīng)調(diào)查，事故原因是由于原料苯含水量超標(biāo)引起反應(yīng)失控發(fā)生爆炸，此次事故直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)17萬余元；2000年2月16日，貴州省開陽磷城黃磷廠赤磷車間1號轉(zhuǎn)化鍋發(fā)生爆炸，造成3人死亡，2人輕傷，原因是反應(yīng)失控導(dǎo)致轉(zhuǎn)化鍋憋壓，在壓力超過轉(zhuǎn)化鍋所能承受的壓力后發(fā)生爆炸；1998年8月8日，美國新澤西州

13、帕特森市的莫頓國際化工廠Yellow96染料反應(yīng)釜由于反應(yīng)失控發(fā)生火災(zāi)爆炸，造成9人受傷。 綜上所述，預(yù)防反應(yīng)失控型火災(zāi)爆炸事故，一向是化工生產(chǎn)過程中防火防爆的重點(diǎn)，加強(qiáng)對反應(yīng)失控事故的機(jī)理和條件的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 化工裝置危險(xiǎn)性的研究現(xiàn)狀由于化工裝置具有類型眾多，所用化學(xué)品危險(xiǎn)性各異，事故后果嚴(yán)重等特點(diǎn)，所以預(yù)防化工裝置的事故，研究化工裝置的危險(xiǎn)性是非常必要的。目前，在分析研究化工裝置危險(xiǎn)性時(shí)，經(jīng)常采用系統(tǒng)安全分析的方法，對化工裝置危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識、評價(jià)和控制。1.2.1系統(tǒng)安全分析系統(tǒng)安全分析是從安全的角度進(jìn)行的系統(tǒng)分析，通過揭示系統(tǒng)中可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障或事故的各種因素及其相

14、互關(guān)聯(lián)來辨識系統(tǒng)中的危險(xiǎn)源。此方法經(jīng)常被用來辨識可能帶來嚴(yán)重事故后果的危險(xiǎn)源，也可用于辨識沒有事故經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)的危險(xiǎn)源。系統(tǒng)越復(fù)雜越需要用系統(tǒng)安全分析的辦法來辨識系統(tǒng)中的危險(xiǎn)源。系統(tǒng)安全分析方法有多種，其中常用的有:(1)故障樹。故障樹是一種利用布爾邏輯(又稱布爾代數(shù))符號演繹地表示特定故障事件(或事故)發(fā)生原因及其邏輯關(guān)系的邏輯樹圖。故障樹分析是從特定的故障時(shí)間(或事故)開始，利用故障樹考察可能引起該事件發(fā)生的各種原因時(shí)間及其相互關(guān)系的系統(tǒng)安全分析方法。故障樹分析方法的價(jià)值在于:通過分析查處失效所在。指出系統(tǒng)中那些與失效有關(guān)的重要情況。向不直接接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)管理人員提供一種直觀的圖解。利用

15、故障樹分析法即可進(jìn)行定性的又可進(jìn)行定量的系統(tǒng)可靠性分析方法。分析人員一次只需集中注意一種特定的系統(tǒng)失效事故。揭示系統(tǒng)特性的內(nèi)部聯(lián)系。(2)事件樹。事件樹分析是一種按事故發(fā)展的時(shí)間順序由初始事件開始推論可能的后果，從而進(jìn)行危險(xiǎn)性辨識的方法。一起事故的發(fā)生是由許多原因事件相繼發(fā)生的結(jié)果，其中一些事件的發(fā)生是以其他事件的首先發(fā)生為條件的。事件樹以一初始事件為起點(diǎn)，按每一事件可能的后續(xù)時(shí)間只能去完全對立的兩種狀態(tài)（成功或失敗，故障或正常，安全或危險(xiǎn)等）之一的原則，逐步向結(jié)果方向發(fā)展，直到達(dá)到系統(tǒng)故障或事故為止。由于事件樹方法特別適用于表達(dá)事件之間的時(shí)間順序，在其他工業(yè)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。(3)道化學(xué)火

16、災(zāi)爆炸指數(shù)法。它是由美國道化學(xué)公司開發(fā)的，在世界范圍內(nèi)有廣泛影響的危險(xiǎn)物質(zhì)加工處理危險(xiǎn)性評價(jià)方法。它通過物質(zhì)的危險(xiǎn)性和工藝的危險(xiǎn)性來表征化工單元的危險(xiǎn)性。采用道化學(xué)火災(zāi)爆炸指數(shù)法的計(jì)算，可以確定出事故可能造成的最大損失。(4)預(yù)先危害分析。預(yù)先危害分析主要用于新系統(tǒng)設(shè)計(jì)、已有系統(tǒng)改造之前的方案設(shè)計(jì)、選址階段，人們還沒有掌握其詳細(xì)資料的時(shí)候，用來分析、辨識可能出現(xiàn)或已經(jīng)存在的危險(xiǎn)源，并盡可能在實(shí)踐之前找出預(yù)防、改正、補(bǔ)救措施，消除或控制危險(xiǎn)源。(5)故障類型和影響分析。故障類型和影響分析是最先故障分析的系統(tǒng)安全方法之一，它作為系統(tǒng)危險(xiǎn)性評價(jià)和可行性分析的第一步，常用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，用來找出系統(tǒng)中

17、各組成部分及元素可能發(fā)生的故障及類型，查明各種類型故障對領(lǐng)近部分或元素的影響以及最終對系統(tǒng)的影響，然后提出減免或減少這些影響的措施。(6)危險(xiǎn)性和可操作性研究（HAZOP）。HAZOP方法是英國帝國化學(xué)工業(yè)公司（ICI）于1974年開發(fā)的，用于熱力，水力系統(tǒng)安全分析方法。它應(yīng)用系統(tǒng)審查的方法來審查新設(shè)計(jì)或已有工廠的生產(chǎn)工藝和工程意圖，并通過跟蹤引起生產(chǎn)單元（貯罐、管線、反應(yīng)器等）工作狀態(tài)或參數(shù)偏差的因素來識別導(dǎo)致系統(tǒng)故障的因素，對各個(gè)部分進(jìn)行系統(tǒng)的提問，發(fā)現(xiàn)可能的偏離設(shè)計(jì)意圖的情況，分析其產(chǎn)生原因和后果，并針對產(chǎn)生原因采取恰當(dāng)?shù)目刂拼胧?。HAZOP分析方法在化工裝置的危險(xiǎn)性分析中得到了廣泛的應(yīng)

18、用。(7)因果分析。因果分析是事件樹分析和故障樹分析的結(jié)合，它的目的是識別和分析潛在事故后果和事故基本原因。1.3聚氯乙烯生產(chǎn)裝置本文以典型化工裝置聚氯乙烯單體聚合生產(chǎn)聚氯乙烯（簡稱PVC）的聚合反應(yīng)為例，分析聚合反應(yīng)釜的安全性能。聚氯乙烯在全球工業(yè)中扮演著重要的角色。聚氯乙烯樹脂是合成材料中五大通用樹脂之一。在石油化工領(lǐng)域PVC工業(yè)占有極其重要的地位。1.3.1 PVC工業(yè)的起源與發(fā)展早在1838年，法國化學(xué)家Regnaulf報(bào)道發(fā)現(xiàn)了氯乙烯單體（VCM）。1872年，Baumann曾描述，當(dāng)VCM的制備暴露在陽光下時(shí)，轉(zhuǎn)化成一種不溶的無定型物，這就是最早的PVC.1916年，Ostromi

19、slens材在研究VCM時(shí)得到一些聚合物，他稱之為Cauprene Chloride，其中Y型的是一種完全不能加工和難處理的高分子量聚氯乙烯（以下簡稱PVC）。1928年，聯(lián)合碳化物公司將氯乙烯與醋酸乙烯共聚成功，使之具有內(nèi)增塑性質(zhì)而能加工成型，從而為PVC的應(yīng)用開辟了共聚改性這一途徑，為30年代的PVC工業(yè)發(fā)展鋪平了道路。1931年 ，德國法本(I.G Farben)公司用乳液法生產(chǎn)出了PVC的工業(yè)品，隨后，德國的Wacker公司在1935年實(shí)現(xiàn)了懸浮法生產(chǎn)PVC的半工業(yè)化。由于均聚PVC不溶于一般的溶劑，成型時(shí)總是分解，曝露于日光下幾天就變黑，因此直到30年代發(fā)現(xiàn)PVC穩(wěn)定劑后，PVC才正

20、式投入商業(yè)生產(chǎn)。在過去的70多年中，PVC在生產(chǎn)方法上有了很大的發(fā)展。1965年，首先由法國Saint Gobain公司用本體法生產(chǎn)了PVC的工業(yè)品，接著聯(lián)邦德國的Wacker公司于1962年用微懸浮法生產(chǎn)的PVC產(chǎn)品推向了市場。隨后，在60年代冶期，美國Phillips Petroleum公司又開發(fā)出了用氣相法生產(chǎn)的PVC產(chǎn)品。同時(shí)，世界PVC的產(chǎn)量也在不斷增加。1940年，世界PVC產(chǎn)量為11Kt,1950年為220Kt, 1960年達(dá)1.45Mt, 1970年為6Mt，發(fā)達(dá)國家在克服了80年代初期的衰退之后，自1983年起，PVC的需要又出現(xiàn)了持續(xù)增長，從而一度導(dǎo)致了世界性的PVC生產(chǎn)能

21、力過剩。美、日和西歐對此采取了調(diào)整措施。到1987年止，西歐PVC生產(chǎn)廠商由27個(gè)減為16個(gè)，生產(chǎn)能力減少600kt/a:美國自80年代以來，PVC生產(chǎn)商也由21個(gè)減為13個(gè);日本于80年代初建立了合理化卡特爾，17個(gè)生產(chǎn)公司組成了4個(gè)銷售公司，使PVC生產(chǎn)能力下降了25%。但是，在發(fā)達(dá)國家進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)，世界其他地區(qū)卻又有新的PVC裝置建成。因此，世界PVC的生產(chǎn)能力仍在增加，1988年為19AMt/a, 1991年為20Mt/b。目前，在世界上PVC的生產(chǎn)規(guī)模僅次于聚乙烯(PE)，居第二位。PVC工業(yè)在全世界范圍內(nèi)的迅速發(fā)展，得益于PVC的以下諸多優(yōu)點(diǎn):(1)能耗低 。如在消耗乙炔方面，生

22、產(chǎn)It PE制品的乙炔消耗量是生產(chǎn)1tpvc制品乙炔消耗量的2.8倍;生產(chǎn)鋼的的能耗是PVC的4.5倍;生產(chǎn)鋁的能耗是PVC的8.8倍;再如以直徑150的管材為例，PVC管的能耗是鋼管的1/3，且PVC管內(nèi)壁光滑，用其輸水可節(jié)省電能20%。(2)成本低 。PVC管可用作水管、煤氣管、灌溉管、排污管、下水管等，其安裝勞務(wù)費(fèi)要低于鋼管、鑄鐵管等。(3)用途廣泛。PVC除作管、板、膜、片、異型材、壁紙、天花板、護(hù)墻板、涂裝材料、防雨系列外，其應(yīng)用還滲透到醫(yī)療用品、纖維制品、運(yùn)輸和娛樂用品等領(lǐng)域，而低密度居呂乙烯則主要用于軟包裝，包裝膜、片材、導(dǎo)管等。PVC也可用作聚丙烯的代用品，來制作吹塑醫(yī)用容器、

23、汽車儀表盤、衛(wèi)生設(shè)備等。1.4本課題的意義 “八五“以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，社會(huì)需求的增長，加速了PVC樹脂生產(chǎn)的速度。目前全國有PVC樹脂生產(chǎn)企業(yè)80家，1998年P(guān)VC產(chǎn)量為154.57萬噸，生產(chǎn)能力達(dá)到220萬噸，其中懸浮法PVC樹脂生產(chǎn)能力占優(yōu)勢，約為194萬噸/年，糊狀PVC生產(chǎn)能力約22萬噸/年，共聚樹脂生產(chǎn)能力約4萬噸/年；在現(xiàn)有的80家企業(yè)中，年生產(chǎn)能力在5萬噸以上的企業(yè)有12家，總生產(chǎn)能力約140萬噸，占全國PVC生產(chǎn)能力的63.6%，年生產(chǎn)能力在1-5萬噸（不含5萬噸）的企業(yè)有51家，總生產(chǎn)能力約69.5萬噸，占全國PVC生產(chǎn)能力的31.6%，年生產(chǎn)能力在1萬噸以

24、下的企業(yè)有17家，生產(chǎn)能力為10.5萬噸，約占全國PVC生產(chǎn)能力的4.8%。近年我國PVC生產(chǎn)狀況如表1.2所示。表1.2 近年我國PVC樹脂生產(chǎn)情況15項(xiàng)目1992年1993年1994年1995年1996年1997年1998年生產(chǎn)能力（萬噸）151.40168.70189.80208.80208.80216.60220.00產(chǎn)量（萬噸）97.05101.71119.40137.39143.76153.59154.57年增長率（%）10.264.8017.3915.074.646.840.64氯乙烯單體聚合反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，操作條件要求很苛刻。原料氯乙烯單體的爆炸極限很寬，有易燃、易爆、

25、有毒等危險(xiǎn)特征，反應(yīng)中需要加入的多種引發(fā)劑、乳化劑以及中止劑等也具有一定的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性和毒性，因此反應(yīng)中所包含的危險(xiǎn)物質(zhì)的種類也很多，加之次反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，所以聚合反應(yīng)本身的為危險(xiǎn)性很大。隨著PVC產(chǎn)量的增大，聚合設(shè)備也趨向大型化，反應(yīng)器的危險(xiǎn)物質(zhì)的量增多，操作條件越來越苛刻，一旦聚合反應(yīng)失控，可能造成的后果也更加嚴(yán)重。例如：1979年3月6日，某化工廠聚氯乙烯生產(chǎn)過程中，由于操作不慎，使得2號聚合釜內(nèi)的壓力升高，導(dǎo)致氯乙烯單體從2號聚合釜的人孔出猛烈噴出，大量氯乙烯單體與空氣混合形成爆炸性混合氣體，被靜電火花點(diǎn)燃，發(fā)生爆炸。受此影響，3號聚合釜停水，停電。3號釜在無攪拌和冷卻的情況下，

26、反應(yīng)失控，溫度繼續(xù)升高，造成壓力急劇上升，大量氯乙烯氣體從人孔法蘭出噴出，進(jìn)而發(fā)生二次爆炸。爆炸事故造成1人當(dāng)場死亡，另一人經(jīng)搶救死亡，1人重傷，6人輕傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)42.7萬元。再如2004年8月23日，美國Formosa塑膠氯乙烯聚合釜發(fā)生爆炸，爆炸后，大量氯乙烯單體從反應(yīng)釜中釋放引起火災(zāi)，火災(zāi)一直持續(xù)了幾天。研究聚合反應(yīng)的危險(xiǎn)性，可以幫助PVC生產(chǎn)企業(yè)了解聚合反應(yīng)的危險(xiǎn)性，并有效的控制其危險(xiǎn)性。生產(chǎn)PVC所用的聚合設(shè)備是帶有夾套冷卻的封閉式反應(yīng)釜，在化工生產(chǎn)中，這種類型的反應(yīng)器被廣泛的應(yīng)用，因此，本課題的研究可以對其它化學(xué)反應(yīng)工藝危險(xiǎn)性的分析和控制提供參考。1.5 本文的研究內(nèi)容(1

27、)用故障樹分析方法、道化學(xué)火災(zāi)爆炸指數(shù)法等方法分析氯乙烯聚合工藝單元的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性。(2)提出聚合反應(yīng)危險(xiǎn)性的控制措施。30第二章 生產(chǎn)工藝過程及其危險(xiǎn)性2.1氮乙烯聚合反應(yīng)機(jī)理氯乙烯聚合過程中,用機(jī)械的方法使反應(yīng)物高度分散成為穩(wěn)定的乳液。所選擇的乳化劑將對分散液的穩(wěn)定性起著重要的作用。乳化劑具有表面活性作用，可在水中穩(wěn)定地保護(hù)經(jīng)分散的氯乙烯單體的微小液滴，其親油基與含有引發(fā)劑的單體液滴相接，而親水基在外側(cè)被相接的乳化劑分子保護(hù)著，從而形成穩(wěn)定的乳液。為了減弱乳化劑分子間負(fù)電荷相斥作用，提高乳液穩(wěn)定性，在分散過程中加入少量高級醇和高級脂肪酸，使-OH和-C00H進(jìn)入乳化劑分子之間，從而減弱負(fù)

28、電荷的相互排斥作用。氯乙烯聚合以油溶性的偶氮化合物和有機(jī)過氧化物為引發(fā)劑，并將氯乙烯、乳化劑、純水進(jìn)行預(yù)混合，經(jīng)機(jī)械分散使之成為1-2lxm的液滴的穩(wěn)定分散液，然后進(jìn)行聚合，反應(yīng)機(jī)理可分三步:(1) 鏈的開始這一階段稱為引發(fā)階段，引發(fā)劑受熱的影響而分解成游離基(用R·表示)，游離基R與單體相遇后使單體分子活化而變成活性單體分子。R·+CH2=CHCIR-CH2-CHCI·從引發(fā)劑分解到單體分子活化為活性單體分子的過程為鏈的開始階段，這一階段為吸熱階段。(2) 鏈的增長活性單體分子很快和其他氯乙烯分子結(jié)合起來形成長鏈，這一過程稱為鏈的增長階段。如:R-CH2-CHC

29、I·+CH2=CHCI->R-CH2-CHCI-CH2-CHCI·R-CH2-CHC1-CH2-CHCI·+CH2=CHCIR-CH2-CHCI-CH2-CHCI-CH2-CHCI·R-CH2-CHCI·+(n-2)(CH2=CHCI)R-(-CH2-CHCI-)-(n-1)(CH2-CHCI·)鏈增長階段是單體的聚合階段，這一階段是放熱階段，放出的熱量除供應(yīng)聚合反應(yīng)過程所需的能量外，多余的熱量運(yùn)用外部冷卻的方法除去。(3) 鏈的終止增長著的鏈，在遇到下列各種情況時(shí)將失去活性，形成穩(wěn)定的大分子，使反應(yīng)終止。兩鏈自由基的獨(dú)立電子相

30、互結(jié)合而終止。(藕合終止)自由基奪取另一自由基的H原子或其他原子而終止。(歧化終止)增長的鏈與雜質(zhì)或器壁金屬自由電子作用而終止。2.2 PVC生產(chǎn)工藝過程2.2.1制備方法電石粉碎成一定粒度后送入乙炔發(fā)生器，與水反應(yīng)生成乙炔氣體。氫氣在氯氣中燃燒，生成氯化氫氣體。乙炔氣體與氯化氫在催化劑的作用下合成氯乙烯單體。單體經(jīng)過凈化、壓縮、冷凝、精餾得到精氧乙烯單體。精氯乙烯單體添加各種助劑在聚合釜中聚合，生成聚氯乙烯乳液，經(jīng)干燥、粉碎、包裝，生產(chǎn)出產(chǎn)品。聚合工段中產(chǎn)生的廢水匯集加堿中和，再加絮凝劑沉降漿液，用板框壓濾機(jī)過濾，濾渣裝袋后集中處理。2.2.2 生產(chǎn)過程2.2.2.1 乙炔制備電石經(jīng)鄂式破碎

31、機(jī)粉碎成25-50mm的小塊，用皮帶運(yùn)輸機(jī)倒入小推車上的料斗內(nèi)，過秤后送往發(fā)生器加料口，在連續(xù)通氮的條件下經(jīng)第一、第二貯斗放入發(fā)生器。電石與水反應(yīng)生成乙炔氣體，經(jīng)正水封進(jìn)入冷卻塔，用從清凈塔下來的廢次氯酸鈉噴淋，得到的粗乙炔氣體一部分進(jìn)入乙炔氣柜，一部分經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī)到第一、第二清凈塔， 使粗乙炔氣中的硫、磷等有害雜質(zhì)氧化成酸除去。再經(jīng)中和塔中和后送往氯乙烯轉(zhuǎn)化工序。2.2.2.2 氯化氫合成來自總廠加壓后的電解氫氣和來自氯氣緩沖罐的氯氣按比例進(jìn)入合成爐，在高溫下生成的氯化氫氣體經(jīng)空氣冷卻器、水冷器、鹽水冷卻器冷卻后送往氯化氫轉(zhuǎn)化工序。冷卻下來的酸液進(jìn)入酸罐。2.2.2.3 氯乙烯轉(zhuǎn)化乙炔氣體經(jīng)

32、冷凝器除水后與氯化氫氣體進(jìn)入混合器?；旌蠚怏w經(jīng)鹽水冷卻器冷凍脫水后，經(jīng)酸霧捕集器、預(yù)熱器，自第一組轉(zhuǎn)化器上部進(jìn)入充填有氯化汞/活性炭觸媒(舊觸媒)的列管，然后進(jìn)入填充有新觸媒的第二組轉(zhuǎn)化器。生成的粗氯乙烯氣體進(jìn)入充填活性炭的除汞器，脫除氯化汞蒸汽之后，進(jìn)入精餾系統(tǒng)。2.2.2.4 氯乙烯精制除汞后的粗氯乙烯經(jīng)冷卻器進(jìn)入膜式吸收器、泡沫脫酸塔，以水循環(huán)吸收氯化氫氣體，得到的鹽酸送至氯化氫合成工序的酸儲罐。再經(jīng)過堿洗塔出去殘留氯化氫后，粗氯乙烯氣體一部分進(jìn)入單體氣柜，一部分進(jìn)入壓縮工序。壓縮 : 粗氯乙烯氣體進(jìn)入壓縮機(jī)的機(jī)前冷卻器，經(jīng)冷卻分水后，進(jìn)入氯乙烯壓縮機(jī)加壓至0.7MPa，然后進(jìn)全凝器被工

33、業(yè)水冷卻成液體，再進(jìn)入分水罐進(jìn)一步分離水分后，進(jìn)入粗氯乙烯儲罐，在壓差的作用下進(jìn)入低沸塔，除去乙炔等低沸物，然后進(jìn)入高沸塔。氯乙烯氣體經(jīng)塔頂冷卻器冷凝成液體部分回流入高沸塔，部分進(jìn)入成品冷卻器，冷卻后進(jìn)精氯乙烯儲罐，用于聚合工序。2.2.2.5 聚氯乙烯過程(1) 化學(xué)品配制將甲苯和引發(fā)劑A放入引發(fā)劑A配置罐，攪拌60分鐘后放入預(yù)先加入純水的INI(A)溶解罐，放入定量乳化劑，在小于15的溫度下攪拌30分鐘。將用甲苯溶解的引發(fā)劑INI(B)放入裝有純水的催化劑B加料罐，加入適量SDS，在小于15的溫度下攪拌5分鐘以上。將乳化劑和其他助劑(十六醇或硬脂酸)放入裝有純水的乳化劑溶解罐，在夾套通熱水

34、的70-80條件下攪拌大于60分鐘。化學(xué)品配置工作準(zhǔn)備就緒后，將儀表盤上加料選擇開關(guān)置于“自動(dòng)”側(cè)，按“全自動(dòng)”開關(guān)加料，氯乙烯單體、純水、引發(fā)劑INI(A), INI(B)及乳化劑便同時(shí)加入分散罐，在分散泵作用下使物料分散成穩(wěn)定的分散液，分散液一邊循環(huán)一邊向聚合釜加料直至加料結(jié)束，然后自動(dòng)進(jìn)行充氮操作，使釜壓再增加0.1MPa。(2) 聚合釜中的聚合反應(yīng)分散液在聚合釜內(nèi)按程序自動(dòng)進(jìn)行升溫和聚合溫度控制等過程，根據(jù)聚合溫度的變化判斷是否進(jìn)入聚合末期。聚合結(jié)束后開始回收操作。(3) 氯乙烯回收聚合結(jié)束后開始進(jìn)行自壓回收。為防止泡沫進(jìn)入分離罐，回收管線上的自動(dòng)閥將自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，同時(shí)向回收管路注

35、入消泡劑，對聚合釜進(jìn)行升溫至釜內(nèi)溫度達(dá)800C，內(nèi)壓0.1Mpa(表壓)時(shí)結(jié)束自壓回收，并開始轉(zhuǎn)入強(qiáng)制回收。強(qiáng)制回收階段，啟動(dòng)防水真空泵，回收管線上的自動(dòng)閥按時(shí)間程序自動(dòng)增加閥門開度直至全開。當(dāng)釜內(nèi)壓力到一0.06Mpa時(shí)結(jié)束回收，回收管線自動(dòng)清洗和回壓?；厥者^程中為防止氧氣吸入，設(shè)有氧濃度監(jiān)測裝置，一旦氧氣濃度超過規(guī)定值，則將回收氣體適當(dāng)排空，直至氧含量恢復(fù)正常。氯乙烯回收結(jié)束后，聚合釜內(nèi)的膠乳進(jìn)入過濾器，經(jīng)泵打入放料罐。(4) 干燥 、粉碎、包裝工序膠乳送至過濾器，再進(jìn)入噴霧千燥器的霧化器使膠乳霧化，空氣經(jīng)滾筒式過濾器經(jīng)干燥風(fēng)機(jī)送至空氣過濾器后進(jìn)入空氣加熱器，有蒸汽加熱至130-150后進(jìn)

36、入干燥器。干燥后的糊樹脂隨氣流進(jìn)入布袋過濾器，空氣進(jìn)入布袋由排風(fēng)機(jī)經(jīng)消音器后排入大氣。糊樹脂則風(fēng)送至粉碎用布袋過濾器后進(jìn)入粉碎機(jī)，空氣則由風(fēng)機(jī)排入大氣，糊樹脂落入料倉振蕩器進(jìn)入包裝機(jī)計(jì)量裝袋，經(jīng)整形、碼垛后用叉車送往成品庫。單體 、聚合工段工藝流程分別如圖2-2所示。INI(A)INI(B)EMLDWVCL分散罐分散泵聚合釜分離罐真空泵單體氣柜放料罐廢渣廢水處理振動(dòng)篩霧化器袋濾器粉碎機(jī)料倉包裝機(jī)成品空氣加熱器風(fēng)機(jī)圖2-2 聚合工段流程圖2.3聚合生產(chǎn)工藝過程的危險(xiǎn)性分析聚合生產(chǎn)工藝過程是一個(gè)反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜且操作條件也很復(fù)雜的工藝過程，在操作的過程中可能會(huì)有各種各樣的危險(xiǎn)，如爆炸、火災(zāi)、中毒、高處

37、墜落、觸電、物體打擊等。其中危險(xiǎn)性最大的是聚合釜爆炸事故，本節(jié)將重點(diǎn)圍繞其爆炸危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。2.3.1物質(zhì)的危險(xiǎn)性PVC聚合生產(chǎn)工藝所用的主要原料為氯乙烯單體。氯乙烯單體是一種危險(xiǎn)化學(xué)品，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為無色具有醚樣氣味的氣體。它的爆炸區(qū)間為3.6-31.0%，能夠在很寬的區(qū)間里與空氣形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險(xiǎn)，并且在燃燒或無抑制劑時(shí)可發(fā)生劇烈的聚合；它的引燃溫度較低，為305 。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。聚合反應(yīng)用到的有機(jī)過氧化物引發(fā)劑是化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的化合物，具有釋放自由基的能力，對熱敏感、易燃并助燃，各國都把這些物質(zhì)視為危險(xiǎn)化學(xué)品

38、。在臨界溫度以上，限制傳熱的條件下，會(huì)發(fā)生自分解，放出大量熱量，有燃燒、爆炸的危險(xiǎn).2.3.2工藝過程的危險(xiǎn)性聚合工藝本身決定了其在生產(chǎn)過程中存在著火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)。2.3.2.1高活性的單體易發(fā)生氧化、自聚、熱聚反應(yīng)聚合原料氯乙烯單體為由碳?xì)錁?gòu)成的不飽和烴，性質(zhì)活潑，在高溫下容易發(fā)生氧化、自聚和熱聚反應(yīng)，在設(shè)備內(nèi)生成過氧化物和自聚物。過氧化物易分解爆炸，自聚物則能在設(shè)備中迅速增加，致使設(shè)備或管道脹裂，大量物料流出，引起燃燒和爆炸。2.3.2.2高壓設(shè)備和管道內(nèi)物料易泄漏，形成爆炸性混合物聚合過程是在較高溫度和壓力條件下的密閉設(shè)備和管路中進(jìn)行的，其原料包括單體、溶劑和其他助劑，它們絕大多數(shù)屬于易燃

39、易爆物質(zhì)，數(shù)量大、爆炸極限寬、閃點(diǎn)低和易揮發(fā)。生產(chǎn)過程中，可燃物料泄漏常有發(fā)生，易燃?xì)怏w或液體蒸汽一般比空氣重，泄露出來后往往沉積于地表、溝渠及廠房死角，并且長期積聚不散，與空氣形成爆炸性混合物，碰到火源便會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸。如某廠生產(chǎn)聚氯乙烯時(shí)發(fā)生液態(tài)氯乙烯從捕集器中溢出，隨后蒸發(fā)形成氯乙烯和空氣混合物，遇生產(chǎn)明火發(fā)生了爆炸，毀壞了建筑物的樓板、部分設(shè)備和管道。2.3.2.3聚合反應(yīng)若溫度控制不當(dāng)，易發(fā)生暴聚聚合反應(yīng)為放熱和熱動(dòng)力不穩(wěn)定過程，如果熱量導(dǎo)出不及時(shí)，如:攪拌設(shè)備轉(zhuǎn)速降低，使反應(yīng)物熱量不均勻，或者冷卻水流量減小，或者反應(yīng)初期升溫階段溫度過高，會(huì)發(fā)生暴聚現(xiàn)象，使反應(yīng)失去控制，造成聚合

40、釜內(nèi)超溫超壓，而引發(fā)爆炸事故。2.3.2.4引發(fā)劑的性質(zhì)增大過程的危險(xiǎn)性聚合過程所使用的引發(fā)劑，有的為強(qiáng)氧化劑，有的易分解爆炸，有的易燃。聚合過程中引發(fā)劑的比例過高，聚合反應(yīng)速度加快，產(chǎn)生的反應(yīng)熱不易導(dǎo)出，就可能導(dǎo)致暴聚，引起爆炸。2.3.2.5原料含雜質(zhì)引發(fā)危險(xiǎn)原料中的某些雜質(zhì)，對聚合有催化作用或引起不良副反應(yīng)，其結(jié)果會(huì)使聚合過程變得無法控制。2.3.2.6聚合產(chǎn)物具有潛在的危險(xiǎn)性聚合產(chǎn)物粘性大，設(shè)備和管路常有被其粘堵的可能性。此外，從生產(chǎn)裝置中清理出來的自聚物、熱聚物遇空氣容易自燃。2.3.2.7聚合后處理過程中，在設(shè)備內(nèi)可能形成爆炸性混合物聚合反應(yīng)完畢后，聚合器內(nèi)除聚合物外，還有未完全反

41、應(yīng)的單體、溶劑、乳化劑、催化劑等易燃易爆物，若后處理不當(dāng)，會(huì)引發(fā)危害。例如用氣體壓出聚氯乙稀聚合物料時(shí)，若氣體為壓縮空氣，則空氣中的氧就會(huì)與物料中殘留的氯乙烯形成爆炸性混合物。2.3.2.8攪拌裝置下端軸封泄露引發(fā)危險(xiǎn)攪拌裝置下部的軸封泄露后，聚合釜內(nèi)的氯乙烯單體從軸封出泄露，與空氣形成爆炸性混合氣體，遇到明火或靜電，會(huì)引起爆炸。2.3.3設(shè)備的危險(xiǎn)性2.3.3.1聚合工段主要設(shè)備聚合工段的主要設(shè)備有:引發(fā)劑配置罐，引發(fā)劑溶解罐，分散罐，聚合釜，噴霧干燥器，分離罐，水環(huán)真空泵，粉碎袋濾器等，列于表2-1.聚合釜為立式圓筒形，外層有夾套，分為上下兩部分，釜內(nèi)裝有框式攪拌器。釜體材質(zhì)為復(fù)合鋼板，釜

42、內(nèi)有攪拌機(jī)，外部附有供攪拌潤滑油及密封用油壓裝置，攪拌下端軸封水由專用注水泵供給。聚合釜的基本結(jié)構(gòu)見圖2-3，主要數(shù)據(jù)參數(shù)如表2-2。表2-1 氯乙烯單體工段裝置5消泡劑泵隔膜柱塞式1噴射清掃機(jī)三級柱塞式1終止劑加料罐圓筒立式0.06立方米6聚合釜用純水罐1.4立方米1噴射清掃機(jī)用水罐2立方米1注水泵隔膜柱塞式2氣動(dòng)葫蘆空氣驅(qū)油式6純水加熱器列管式6排氣風(fēng)機(jī)消音器圓形直管阻性式2管道混合器2真空泵水封式2水封泵離心式2水封罐圓筒立式1.2立方米2真空泵水封冷卻器列管式2分離罐圓筒立式25立方米2膠乳回收泵離心式2過濾器框式4膠乳排出泵離心式4放料罐90立方米2過濾器圓筒立式2聚合釜用純水泵圓筒

43、錐底式 1注水泵柱塞式3水環(huán)真空泵2BE1203-02水環(huán)真空泵2BE1203-022.3.3.2 PVC聚合釜的危險(xiǎn)性聚合釜的傳熱能力在相當(dāng)程度上關(guān)系著聚合釜的生產(chǎn)能力和安全性。在合理選用引發(fā)劑、使反應(yīng)盡可能接近勻速反應(yīng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)從各方面盡可能提高聚合釜的傳熱能力。圖 2-3 聚合釜墓本結(jié)構(gòu)示意圖表2-2 聚合釜結(jié)構(gòu)參數(shù)表3外形尺寸2680×9000工作壓力0.3MP體積48立方米工作溫度90底面積66平方米設(shè)計(jì)壓力1.3MP有效面積47.9立方米設(shè)計(jì)溫度95夾套面積5.2立方米水壓試驗(yàn)1.99MP氣密試驗(yàn)1.43MP聚合釜的傳熱速率方程為:Q=KATm式中，Q 傳熱速率，J/S

44、A 傳熱面積 ，K 總傳熱系數(shù)，W/(.K)T m- 溫差，K可見 ， 傳熱速率與傳熱面積、溫差和總傳熱系數(shù)成正比，因此，要提高傳熱速率，可以從增加傳熱面、加大溫差、提高總傳熱系數(shù)三方面入手。下面依次討論這三個(gè)方面的問題.1) 傳熱面積。從傳熱速率方程可知，傳熱速率與傳熱面積成正比，傳熱面積過小，熱量不能及時(shí)導(dǎo)出，會(huì)導(dǎo)致熱量積累，造成反應(yīng)失控。從傳熱角度考慮，聚合釜應(yīng)有盡可能大的傳熱面積。氯乙烯聚合工業(yè)化早期，多使用3-4立方米的小釜，單位體積的傳熱面較大，傳熱無問題。釜的體積漸增后，例如13.5立方米的釜，比傳熱面減少，于是由增加長徑比來保持足夠的傳熱面。對于30-50立方米的中型釜，如長徑

45、比過大，將引起攪拌的困難，故長徑比應(yīng)在2以下。對于60 立方米以上的大型釜，夾套傳熱面尚感不足，因此可增設(shè)釜頂冷凝器。2) 溫差。冷熱流體的溫差代表傳熱的推動(dòng)力，故溫差越大，越有利于傳熱。在實(shí)際生產(chǎn)中，溫差tm在熱流體(聚合釜內(nèi)物料)側(cè)溫度一定時(shí)，主要取決于冷流體(夾套冷卻水)的流量大小以及進(jìn)口溫度等因素。與冷卻水問題有關(guān)的包括冷卻水流程、水溫、水質(zhì)等方面的問題。(1) 冷卻水系統(tǒng)流程冷卻水系統(tǒng)流程有非循環(huán)和循環(huán)兩種方案，見圖2-4。圖2-4 冷卻水流程示意 非循環(huán)流程冷卻水經(jīng)水池由給水泵經(jīng)公用上水管，并聯(lián)進(jìn)入各臺釜夾套的下部，吸收聚合熱后自夾套頂部引出，經(jīng)涼水塔流回水池。冷凍水另有旁路，自成

46、系統(tǒng)。在聚合過程中，根據(jù)放熱情況，由自控系統(tǒng)或手動(dòng)控制系統(tǒng)控制進(jìn)水閥門，調(diào)節(jié)水量來及時(shí)散熱。使用一般的引發(fā)劑時(shí)，都有自動(dòng)加速現(xiàn)象，聚合前慢后快，水量也相應(yīng)的自小而大。水量的改變將引起傳熱系數(shù)和溫差的雙重變化。聚合釜夾套側(cè)給熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)將隨水量的增加而提高。但水量大到一定數(shù)值后，傳熱系數(shù)增加就比較緩慢。冷卻水量增大后，在放熱速率相同的情況下，溫升將降低，出口水溫和平均水溫相應(yīng)降低，而釜內(nèi)外溫差增大，有利于傳熱。但當(dāng)水量到達(dá)相當(dāng)量后，溫差改變也甚微。(2)冷卻水循環(huán)流程在夾套進(jìn)出口之間裝一回路和一臺循環(huán)泵，出夾套的水小部分流往涼水塔，大部分用循環(huán)泵送回夾套進(jìn)口。不足部分由水池給水泵補(bǔ)充溫度較

47、低的冷水。這樣，進(jìn)夾套的總水量大而恒定，夾套側(cè)的給熱系數(shù)也因而較大且基本恒定。自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)補(bǔ)充水量和循環(huán)水量的比例，逐步降低平均水溫以提高溫差，以適應(yīng)自動(dòng)加速、放熱遞增的需要。循環(huán)方案中冷卻水流量大，溫升小，大部分水可循環(huán)使用，耗水量顯著減少?，F(xiàn)今，我國中、大型釜一般采用大流量循環(huán)冷卻方案。冷卻水溫、水質(zhì)冷卻水平均溫度Tc可由夾套進(jìn)口水溫Tco，出口水溫Tcj的算術(shù)平均值來代表。釜內(nèi)外溫差tm是聚合溫度T與平均水溫To之差； tm = -c =-夾套出口水溫Tcj或冷卻水溫升t與冷卻水流量Wc有關(guān)，其關(guān)系如下列所示： Q=WCCPt =Wc(T-Tcj) 式中 Cp為水的比熱容。當(dāng)放熱速率Q一

48、定時(shí)，水流量越大，溫升越小，出口水溫和平均水溫也越小，而溫差擴(kuò)大。工業(yè)用水夏季溫度在30左右，深井水長年可保持在12-15，冷凍水可達(dá)5-8。更低的溫度可采用冷凍鹽水(-15或一35)，甚至采用液氮。聚合釜長期運(yùn)轉(zhuǎn)后，釜外壁會(huì)沉積水垢，使傳熱系數(shù)降低。日本窒素公司介紹，冷卻水硬度應(yīng)在500ppm(以CaC03計(jì))。聚合釜冷卻用水最好建立獨(dú)立的封閉體系，與其它冷卻用水分開使用。(3) 總傳熱系數(shù) 聚合釜間壁兩側(cè)流體傳熱分析當(dāng)物料(某種流體)被加熱或冷卻時(shí)，常用另一種流體來供給或取走熱量。這種用于加熱或冷卻物料的流體稱之為熱載體。其中起加熱作用的叫做加熱劑，如水蒸氣、煙道氣或其他高溫流體;起冷卻作

49、用的叫做冷卻劑，如空氣、冷卻水等。大多數(shù)情況下，不允許冷、熱兩種流體在換熱過程中混合，所以要通過間壁式換熱器來進(jìn)行熱量的交換。冷、熱流體分別處在固體壁面的兩側(cè)，熱流體把熱量傳到壁面的一側(cè)，通過壁面后，再從壁面的另一側(cè)把熱量傳給冷流體。這稱作熱交換。聚合釜間壁一側(cè)單體聚合時(shí)放出大量的熱，另一側(cè)的夾套內(nèi)通入冷卻水，聚合反應(yīng)放出的熱量通過壁面被冷卻水移走。間壁兩側(cè)的對流傳熱都是在流體流動(dòng)的過程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，所以與流動(dòng)的情況密切相關(guān)。在湍流的情況下，流體主流中由于漩渦叢生，流體各個(gè)部分激烈混合，所以熱阻很小，橫向的溫度趨于一致;但在緊靠壁面處的層流底層(膜)中，傳熱基本是以導(dǎo)熱的方式進(jìn)行的，所

50、以雖然流體膜很薄，確是對流傳熱的主要熱阻所在，溫度降也主要集中在層流底層中。對流傳熱是沿?zé)崃鞣较虻臏囟确植记闆r如圖2.5所示.F1F1及F2F2為層流底層的界面，T"為截面上熱流體的最高溫度，t"為冷流體的最低溫度。在熱流體的湍流主體中，溫度基本一致，即圖中T"。在層流底層內(nèi)，溫度急劇由T"下降到Tb。在層流底層和湍流主體之間存在一個(gè)溫度逐漸變化的區(qū)域，成為過渡區(qū)，其中溫度由T下降到Tb，再通過管壁，因其材料通常為金屬，熱阻很小，因此，管壁兩側(cè)的溫度Tw和t相差很小。此后在冷流體內(nèi)，又順次通過層流底層、過渡區(qū)而達(dá)到湍流主體，溫度由tw經(jīng)tb下降到t。在熱

51、量的計(jì)算時(shí)，一般不采用截面上的最高溫度T'和最低溫度t"，而用尋常易于測定的平均溫度T和t。在熱流體方面此溫度T比最高溫度T略低，而在冷流體方面，平均溫度t則比最低溫度t"略高。圖2-5 對流傳熱時(shí)沿?zé)崃鞣较虻臏囟确植记闆r 總傳熱系數(shù)根據(jù)牛頓冷卻定律及傅立葉熱傳導(dǎo)定律，得到聚合釜總熱阻和各部分熱阻之間的關(guān)系式為:式中:K一總傳熱系數(shù)a1 反應(yīng)體系與釜內(nèi)壁間的傳熱系數(shù)a2 冷卻水與釜壁外間的傳熱系數(shù)b 釜壁的厚度x 釜壁的熱導(dǎo)率聚合釜的傳熱壁主要由3部分構(gòu)成，這3部分分別為:粘釜物、釜壁、水垢。因此上式中的應(yīng)修正為,s為厚度，x為熱導(dǎo)率。所以，式2.4修正為:總傳熱系

52、數(shù)的大小關(guān)系到聚合釜的傳熱能力，傳熱系數(shù)大利于傳熱，若傳熱系數(shù)小，不能及時(shí)把反應(yīng)熱導(dǎo)出，則有發(fā)生危險(xiǎn)的可能。第三章 系統(tǒng)安全分析系統(tǒng)安全分析是減少系統(tǒng)危險(xiǎn)性，提高系統(tǒng)可用率和減少停車時(shí)間的重要手段，它提高了系統(tǒng)的總體性能和經(jīng)濟(jì)性。通過危險(xiǎn)性分析可以揭示出在系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)因素，提出改進(jìn)措施，使反應(yīng)裝置得以安全穩(wěn)定的運(yùn)行。本章主要采用故障樹分析、道化學(xué)火災(zāi)爆炸指數(shù)法兩種系統(tǒng)安全方法對聚合釜的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性加以分析。3.1故障樹分析故障樹分析法(FTA)是分析復(fù)雜、大型系統(tǒng)安全可靠性的有效工具。通過聚合釜爆炸故障樹分析，可找出系統(tǒng)存在的薄弱環(huán)節(jié)，然后進(jìn)行相應(yīng)的整改，從而提高了聚合釜的安全性。故障樹

53、分析方法是一種圖形演繹法，是從結(jié)果到原因描繪事故發(fā)生的有向邏輯樹分析方法。這種樹是一種邏輯分析過程，遵從邏輯學(xué)演繹分析原則(即從結(jié)果到原因的分析原則)。因而把系統(tǒng)不希望出現(xiàn)的事件作為故障樹的頂事件，用邏輯“與”或“或”門自上而下地分析導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的直接原因及相互間的邏輯關(guān)系，并由此逐步深入，直到找出事故的基本原因，即為故障樹的基本事件。對系統(tǒng)進(jìn)行故障樹分析是對系統(tǒng)的更深層次的評價(jià)過程。故障樹能夠找到最大割集，其中所有基本事件都發(fā)生了頂事件就會(huì)發(fā)生。因而，它給人們指出采取保護(hù)措施的方法。此外，基本原因事件除了元件故障之外，還可以包括其它各種原因，以及人的失誤、指令的故障等，這是其它分

54、析方法所不能比擬的。故障樹分析已經(jīng)成為安全系統(tǒng)工程的主要分析方法。3.1.1故障樹分析程序故障樹分析的一般程序?yàn)?(1) 確定定事件頂事件是不希望發(fā)生的事件(事故或故障)，是被分析的對象。該事件的確定是以調(diào)查為基礎(chǔ)的。事故調(diào)查的目的主要是查清事實(shí)，因?yàn)樵蚴腔谑聦?shí)而導(dǎo)出的，通過事故統(tǒng)計(jì)，在眾多事故中篩分出主要分析對象及其發(fā)生概率。(2) 了解系統(tǒng)系統(tǒng)是事故的存在條件，所以要對系統(tǒng)中的人、機(jī)、環(huán)境和管理四大組成因素進(jìn)行詳細(xì)地了解。(3)調(diào)查事故原因從系統(tǒng)的人、機(jī)、環(huán)境和管理四方面的缺陷中，尋找構(gòu)成事故的原因。在構(gòu)成事故的各種因素中，既要重視有因果關(guān)系的因素，也要重視相關(guān)關(guān)系的因素。(4) 確定控制目標(biāo)依據(jù)事故統(tǒng)計(jì)所得到的事故發(fā)生率及事故的嚴(yán)重程度，確定控制事故發(fā)生的概率目標(biāo)值。(5) 建造故障樹在確定頂事件、中間關(guān)聯(lián)事件及基本事件的基礎(chǔ)上，邏輯推理，逐級分析，將各種事件用邏輯符號合理連接，構(gòu)成完整故障樹。(6) 定性分析依據(jù)故障樹的邏輯表達(dá)式，求得構(gòu)成事故的最小割集合和防止事故發(fā)生的基本事件的最小徑集合，確定出各個(gè)基本事件的結(jié)構(gòu)重要度排序。(7) 定量分析依據(jù)各基本事件