聚合工艺安全控制设计指导方案.docx

聚合工艺安全控制设计指导方案目录1概述1.1 聚合工艺11.2 聚合反应类型11.2.1 本体聚合11.2.2 溶液聚合11.2.3 悬浮聚合11.2.4 乳液聚合21.2.5 缩合聚合21.3 聚合关键设备和重点监控单元21.3.1 聚合工艺的关键设备21.3.2 聚合工艺的重点监控单元21.4 聚合工艺涉及的主要危险介质21.4.1 原料21.4.2 其他原料-引发剂31.4.3 产品和中间产品31.5 XX省主要聚合工艺产品目录32危险性分析42.1 固有危险性42.1.1 火灾危险性42.1.2 爆炸危险性42.1.3 中毒危险性42.2 工艺过程的危险性42.2.1 反应过程的危险性分析52.2.2 反应安全风险评估62.2.3 危险和可操作性分析63重点监控的工艺参数和控制要求73.1 温度73.2 压力73.3 原料组分73.4 催化剂73.5 投料比及顺序73.6 反应釜搅拌83.7 回流比83.8 冷却水83.9 异常状态下报警及联锁84推荐的安全控制方案94.1 各工艺参数的控制方式94.2 工艺系统控制方式94.2.1 基本监控要求94.2.2 基本控制要求94.3 根据反应安全风险评估结果，制定相应的控制措施104.4 仪表系统选用原则114.4.1 基本过程控制系统（BPCS）选用原则114.4.2 安全仪表系统选用原则114.4.3 气体检测报警系统（GDS）选用原则124.5 其他安全设施125通用设计要求135.1 收集产品工艺资料135.2 确定改造范围135.3 仪表设备选型145.4 提交方案145.5 与建设方技术交底，提交改造图纸，签署设计变更146典型工艺安全控制系统改造设计方案156.1 工艺简述156.2 装置聚合工艺危险性分析156.2.1 固有危险性156.2.2 工艺过程危险性156.3 装置聚合工艺安全控制方案综述167聚合工艺安全控制系统设计指导方案附表、附图177.1 XX省主要聚合工艺产品目录（附表1）177.2 聚合工艺重点监控参数的控制方式（附表2）177.3 企业需提交的设计资料清单（附表3）177.4 某企业聚合工艺控制、报警、联锁一览表（附表4）177.5 某企业聚合工艺管道与仪表流程图（附图I）17附表1XX省主要聚合工艺产品目录18附表2聚合工艺重点监控参数的控制方式19附表3企业需提交的设计资料清单20附表4某企业聚合工艺控制、报警、联锁一览表21附图1某企业聚合工艺管道与仪表流程图221概述1.1 聚合工艺将若干个分子结合为一个较大的组成相同而分子量较高的化合物的反应过程为聚合。聚合是一种或几种小分子化合物变成大分子化合物（也称高分子化合物或聚合物，通常分子量为1X1041X107）的反应，涉及聚合反应的工艺过程为聚合工艺。聚合反应是一个放热反应，要求在特定的温度、压力下进行。反应的速度除了受引发剂量的影响外，将随着温度的升高而加快,因此及时导出反应热是聚合反应中的关键问题。随着反应的进行，物料的性质有显著的变化，从而影响物料流动和热量传递，因此，聚合过程有可能出现反应失控和爆聚现象。1.2 聚合反应类型聚合工艺的种类很多，按照聚合方法可分为本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合、溶液聚合等。按照反应类型可分为加成聚合和缩合聚合两大类。1.2.1 本体聚合反应本体聚合是在没有其他介质的情况下，用浸在冷却剂中的管式聚合釜或在聚合釜中设盘管、列管冷却进行的一种聚合方法，如乙烯的高压聚合、甲醛的聚合等。1.2.2 溶液聚合反应溶液聚合是选择一种溶剂，使单体溶成均相体系，加入引发剂后生成聚合物的一种聚合方法。1.2.3 悬浮聚合反应悬浮聚合是用水作分散介质的聚合方法。它是利用有机分散剂或无机分散剂，把不溶于水的液态单体，连同溶在单体中的引发剂经过强烈搅拌，打碎成小珠状,分散在水中成为悬浮液,在极细的单位小珠液滴（直径为0.1Um）中进行聚合，因此又叫珠状聚合。国际上的研究热点-分散聚合是悬浮聚合的特例：以水作分散介质，借助于无机盐的沉析作用和水溶性分散剂的稳定作用，将水溶性单体聚合成水溶性高分子分散体，形成微米级分散体系。1.2.4 乳液聚合反应乳液聚合是在机械强烈搅拌或超声波振动下，利用乳化剂使液态单体分散在水中（珠滴直径0.0010.Ium）,引发剂则溶在水里而进行聚合的一种方法。1.2.5 缩合聚合反应缩合聚合也称缩聚反应，是具有两个或两个以上功能团的单体相互缩合，并析出小分子副产物而形成聚合物的聚合反应。1.3 聚合关键设备和重点监控单元1.3.1 聚合工艺的关键设备聚合工艺的关键设备是聚合釜和粉体聚合物料仓。1.3.2 聚合工艺的重点监控单元聚合工艺的重点监控单元为聚合反应釜单元和粉体聚合物料仓单元。聚合工艺聚合反应釜单元和粉体聚合物料仓单元重点监控聚合反应釜内温度、压力、聚合反应釜内搅拌速率、引发剂流量、冷却水流量、料仓静电等。1.4 聚合工艺涉及的主要危险介质1.4.1 原料聚合反应所涉及的主要介质具有自聚和易燃易爆的危险性。如聚合原料主要是聚合所用单体和引发剂，其中单烯燃聚合所指的单体包括液态的乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯、四氟乙烯、环氧乙烷等，二烯聚合所指的单体主要包括丁二烯、丙烯月青、乙烯、丙烯等，都属于甲类或乙类火灾危险性易燃气体或易燃液体。其中环氧乙烷、苯乙烯、氯乙烯等具有一定的毒性。1.4.2 其他原料-引发剂聚合反应涉及的引发剂一般为不稳定物质，如过氧化物、偶氮化合物、烷基铝和三氟化硼等。1.4.3 产品和中间产品聚合工艺涉及到的产品主要有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、合成纤维、涤纶、锦纶、维纶、月青纶、尼龙、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁月青橡胶、聚四氟乙烯、聚悔多元醇等，这些产品大多比较安全，其火灾危险性较低。若产品为粉体状，则易引起静电危害，进而引发粉尘爆炸。1.5 XX省主要聚合工艺产品目录XX省主要的聚合工艺有聚乙烯生产、聚丙烯生产、聚苯乙烯生产、聚氯乙烯生产、合成纤维生产、涤纶生产、锦纶生产、维纶生产、月青纶生产、尼龙生产、丁苯橡胶生产、顺丁橡胶生产、丁懵橡胶生产、聚四氟乙烯生产等。XX省主要聚合工艺产品目录详见附表Io2危险性分析聚合反应的聚合原料具有自聚和燃爆危险性，如果反应过程中热量不能及时移出，随物料温度上升，发生裂解和爆聚，所产生的热量使裂解和爆聚过程进一步加剧，进而引发反应器爆炸，部分聚合助剂危险性较大。2.1固有危险性固有危险性是指聚合反应中的原料、产品、中间产品等本身具有的危险有害特性。2.1.1 火灾危险性聚合反应单体大多具有自聚和易燃易爆危险性，如聚合所涉及的单体乙烯、丙烯、苯乙烯等均为易燃物质，除乙烯、丙烯外其他单体都有自聚的特性，生成聚合物后容易堵塞管道。二烯烧（丁二烯、双环戊二烯）不仅能自聚，而且还能生成过氧化物，易发生火灾危险性。单烯燃聚合反应的引发剂（催化剂）一般是不稳定物质，与空气或其他物质接触可发生激烈的化学反应，甚至引起爆炸，如过氧化物、偶氮化合物、烷基铝和三氟化硼。2.1.2 爆炸危险性如烯崎聚合所需单体丁二烯、双环戊二烯、苯乙烯、丙烯月青、乙烯、丙烯等易燃物质的蒸气能与空气形成爆炸性混合物。2.1.3 中毒危险性环氧乙烷、苯乙烯、氯乙烯等反应物具有一定的毒性，如氯乙烯为高毒物品。2.2工艺过程的危险性2.2.1 反应过程的危险性(1)本体聚合这种聚合方法往往由于聚合热不易传导散出而导致危险。例如在高压聚乙烯生产中，每聚合IKg乙烯会放出3.8MJ的热量，倘若这些热量未能及时移去，则每聚合1%的乙烯，即可使釜内温度升高12-130C,待升高到一定温度时，就会使乙烯分解，有发生爆聚的危险。一旦发生爆聚，则设备堵塞，压力骤增，极易发生爆炸。(2)溶液聚合溶液聚合在聚合和分离过程中，易燃溶剂容易挥发和产生静电火花。溶液聚合是单体溶于溶剂中形成均相体系，在催化剂的作用下，反应生成聚合物。此聚合方式所采用带搅拌的设备能保证反应体系热量分布均匀，但是因大量使用易燃液体作为溶剂，其燃烧爆炸的危险性大。(3)悬浮聚合悬浮聚合在整个聚合过程中，如果没有严格控制工艺条件，致使设备运转不正常，则易出现溢料，如若溢料，则水分蒸发后未聚合的单体和引发剂遇火源极易引发着火或爆炸事故。(4)乳液聚合乳液聚合常用无机过氧化物(如过氧化氢)作引发剂，如过氧化物在介质(水)中配比不当，温度太高，反应速度过快，易发生冲料，造成事故的发生。另外，在聚合过程中可能会产生可燃气体。(5)缩合聚合缩合聚合是吸热反应，但由于温度过高，也会导致系统的压力增加，甚至引起聚合釜爆裂，造成易燃易爆的单体泄漏。2.2.2 反应安全风险评估按要求开展反应安全风险评估的企业，应按照精细化工反应安全风险评估导则（试行）进行反应安全风险评估，综合反应安全风险评估结果,考虑不同的工艺危险程度，建立相应的控制措施。2.2.3 危险和可操作性分析针对具体的聚合工艺，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP）,及预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定性、定量风险评价方法，对整个工艺过程的危险性进行分析。3重点监控的工艺参数和控制要求3.1 温度聚合反应在开始阶段或进行过程中都有发生爆聚的可能性。反应时按投料顺序和投料配比准确投料，总物料不应超量。反应前期需防止升温过快，当反应加速后，放热量逐渐增加，要及时冷却降温。因此需严格控制聚合反应釜的温度。3.2 压力在聚合反应过程中，随着反应温度的升高，压力也不断升高。如果发生爆聚，可导致压力急剧升高。因此需严格控制聚合反应釜的压力。3.3 原料组分原料应有严格的质量检验制度，保证原料中不含对聚合有引发作用或能引起不良副反应的杂质。3.4 催化剂部分聚合过程的催化剂有强氧化性、易燃易爆性。聚合过程中催化剂加入过量、比例过高、聚合反应速度加快，产生的热量不易导出，可能导致爆聚。因此聚合反应应严格控制催化剂的添加量。3.5 投料比及顺序反应时按投料顺序和投料配比准确投料，总物料不应超量。反应前期要防止升温过快，当反应加速后，放热量逐渐增加，要及时冷却降温。对于管式反应器，通常采用控制有效直径的方法调节物料流速，在聚合管开始部分，插入具有调节功能的调节杆，避免初期反应的突然爆发。当温度大幅度上升，或发生其他危急情况时，可加入抑制剂以降低引发剂的活性。因此需严格监控反应投料比及投料顺序。在聚合物单体、引发剂（催化剂）的进料管线上分别设置流量计和调节阀，并在流量计和调节阀之间设置联锁关系。3.6 反应釜搅拌聚合反应搅拌运转情况影响设备内物料的均匀性和传热性，传热不均甚至发生局部过热会导致反应失控和爆聚。因此需严格监控反应釜搅拌。3.7回流比由于聚合反应放热量大，常用单体或溶剂气化回流带出反应热，经冷凝或压缩液化后，再返回聚合釜吸热，因此此类聚合反应需控制回流比。3.8冷媒聚合反应热大多是通过盘管或夹套中的冷媒带走的，冷媒的温度、压力、流量等决定了冷媒的运行效果，进而影响聚合反应。因此应对冷媒的温度、压力、流量等工艺参数进行监控。3.9 料仓静电当料仓带电粉体周围的电场强度超过介质（如空气）的击穿场强时，因介质产生的电离而使带电粉体上的静电荷沿击穿通道释放，从而产生静电放电。因此