高压聚乙烯装置料仓燃爆危险分析及对策

高压聚乙烯装置料仓燃爆危险分析及对策

陈晓东 马东芳

神华新疆化工有限公司

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步,聚烯烃料仓静电引发的料仓燃爆事故越来越多,料仓燃爆问题成了困扰化工企业的一个重大安全隐患。国内某公司塑料厂450kt/a高压聚乙烯装置(以下简称LDPE装置)于1998年11月建成投产。自投产以来,其料仓先后于1999年5月、2000年10月和2002年11月发生过闪爆着火事故,不但给企业造成了较大的经济损失,还给企业的安全生产和操作管理带来了巨大的压力,造成不良社会影响。

关键词：高压聚乙烯；料仓；爆燃危险；脱气

引言

低密度聚乙烯是一种通用树脂，具有良好的柔软性、延伸性、电绝缘性、透明性，以及耐低温、耐酸碱等优异性能。因此在我国的工业领域中被广泛应用。随之而来的由聚烯烃引发的各类问题及事故也越来越多，其中很关键的一个是低密度聚乙烯料仓粉尘爆炸引发的危险。近年来低密度聚乙烯粉体料仓粉尘燃爆事故逐渐增多，越来越为企业及人们所关注，影响粉尘燃爆的因素有多个，形势不容小觑，由于聚烯烃爆炸不仅会给企业带来难以想象的经济损失及人员伤亡，还会给社会乃至国家带来不好的负面影响，因此作为安全管理人员以及企业的领导人员都应该高度重视并治理这个问题。

1高压聚乙烯装置现状

某石化企业高压聚乙烯装置采用荷兰STAMI-CAＲBON公司的无脉冲高压管式工艺，设计能力14×104t/a，于1998年11月建成投用。装置以乙烯单体为原料，采用无脉冲高压管式工艺连续生产，在管式反应器里，注入过氧化物引发乙烯的聚合反应，生成高压低密度聚乙烯，熔融状态的低密度聚乙烯熔料和未反应乙烯单体的混合物料经过高低压分离，进入螺杆式挤压机与来自侧线辅助挤压机的添加剂混炼后，经过水下造粒过程成为颗粒状的高压聚乙烯产品。颗粒状产品经过离心干燥，由风力输送到脱气料仓，经过脱除残余乙烯、产品掺混等过程，风送到包装料仓，包装成25kg的袋式包装出厂。

2高压聚乙烯装置料仓燃爆危险分析及对策

2.1LDPE料仓闪爆的原因

不同企业不同装置料仓燃爆的原因各不相同,有的是由于装置原有的设计缺陷造成的,有的是由于操作失误或设备故障引发,有的则是由于装置扩能造成不配套而产生。高压聚乙烯3次料仓事故发生前,装置的各项工艺控制指标都在正常范围内,即事故都是在装置正常操作状态时发生的。3次事故,其中2次事故发生在进料初期,另外1次事故发生在出料末期；料位高度2次在反吹风嘴附近,一次在锥体上部。从装置的生产过程看,造粒后没经过筛分和除尘环节,使物料均匀性差,粉尘大；另外风送速度高达24t/h,物料流速高,造成物料起静电量大,且物料中乙烯单体含量高达1200ppm,残留于粒料中的乙烯单体及粉料极易发生静电燃爆。分析认为,料仓锥部物料脱气存在问题,造成料仓局部可燃气体浓度过高,是引起料仓爆炸事故的直接原因,而料仓反吹风系统固有的设计缺陷是造成料仓锥部脱气问题的根源。

2.2粉体料仓粉尘静电因素分析

颗粒送风时，其带电量随着颗粒摩擦和碰撞剧烈程度的增加而增加，而其剧烈程度也随着输送速度的改变而改变。一旦颗粒上的电荷达到一个饱和的状态时，颗粒的带电量将不会再增加，由实验的结果可得知，颗粒静电带电量呈饱和状态所需时间的长短与运动速度成反比的关系，在输送工艺过程中，颗粒静电达到饱和状态时需要气流速高达几米到几十米每秒，而其所需的管道长度却不超过几米。当运动速度恒定不变时，每个颗粒在管道内停留一定的时间的情况下，颗粒数量随着载荷量的变大而增多，这样必会导致所有颗粒在管道内减少碰撞和摩擦的概率。此外，载荷量也与颗粒带的静电电量成反比，利用这一比例关系，也可制定出相应静电的预防措施。

2.3脱气输送粉尘爆炸分析

脱气输送包装过程中的主要操作介质为聚乙烯颗粒。在生产输送过程中，如果脱气仓内部或者部分区域（锥部）空气中的乙烯在爆炸极限范围之内，遇静电释放或一定的能量可能导致爆炸。此外，从挤压造粒机至成品包装过程中，由于流速过快等输送的原因会产生聚乙烯粉尘，当粉尘与空气的混合物达到一定浓度时，遇到静电或明火等点火源可能引起爆炸燃烧。

3LDPE料仓隐患治理改造方案

3.1反吹风系统的改造

目前,国内外新上聚乙烯装置的聚乙烯脱气料仓反吹风系统都进行了改进,反吹风带和风嘴都设于料仓锥体上,且风嘴不采用插入式结构。反吹风风嘴位置的调整和结构上的改进对解决料仓锥部脱气死区,避免仓内金属突出物引起的高能放电十分有效。借鉴国内外同类装置料仓脱气(即反吹气)的最新技术,结合LDPE料仓的实际情况,考虑到物料中乙烯单体含量高(800～1200ppm),进料速度快(可达24t/h),反吹风风量大等特点,制定了反吹风改造方案。采用上下两路风管分别送风,风量和风压单独控制,根据料仓原设计反吹风风量分别计算确定每路风的风量,保证料仓内特别是锥体段物料乙烯气浓度不超过安全控制范围,具体改造内容如下:(1)原设于筒体上的一路反吹风不变,风量大小可适当调整,风嘴结构修改或对插入料仓内的进风管进行防静电处理,避免产生火花放电,减少一次起电量。(2)新增一路反吹风,风嘴设于料仓锥体上,采用6～8个风嘴,风带采用环管式风带。增加该路反吹风可以有效地解决原设计存在的锥部脱气死区问题,提高了反吹风系统的操作灵活性。另外新增加一路反吹风还可以补充原反吹风量的不足,并使料仓横截面上气体分布更加均匀,避免料仓内的偏吹,从而有效地提高料仓的脱气效率。(3)为保证两路反吹风风量的分配,采用了限流孔板加流量计的方式对上下两路反吹风的风量进行监测和控制,保证上下两路风不产生短路。新增的一路风应保证其风量满足锥体段物料脱气的需要,同时又不影响料仓的正常下料。

3.2消除产品料仓乙烯气体爆炸隐患

乙烯气体的浓度应控制在远离爆炸范围以确保对料仓的安全使用。在工艺生产中，许多企业通过采取吹风净化系统来使乙烯气体远离爆炸范围，这样就可以预防料仓以及空送混合设备装置中乙烯气体等或其他气体发生爆炸事故。也可采用降低产品罐压力的方法，使熔融态聚乙烯中的乙烯尽可能的挥发出来，进入低循系统，从而使聚乙烯产品当中的乙烯含量减少。

3.3预防料仓静电燃爆技术措施

a)优化料仓反吹脱气系统操作，低料位时要保证料仓锥部反吹风风量，避免在低料位时因反吹风“短路”造成可燃气体聚集。b)改造脱气反吹风机，将反吹风风量提高或为料仓锥部反吹风单独设一台风机供风。c)将脱气反吹风机入口过滤器由原设计距离地面约30cm提高到距离地面180cm，避免地面粉尘堵塞入口过滤器虑网；对过滤器虑网及时清洗、更换。d)对料仓内部金属突出物(反吹风风嘴和料位计等)进行防静电处理，避免料位接近反吹风嘴时形成高能放电。

结语

(1)通过反吹风系统的改造,有效地提高了料仓的脱气效率,使料仓内可燃气体的含量控制在安全范围之内。(2)静电消除器的安装,降低了粉体的带电量,消除了料仓燃爆所需要的火源。安装静电检测器,则可保证静电消除器的使用可靠性。(3)上述两项措施的实施,可有效避免料仓爆燃事故的发生,消除了料仓的安全隐患,保证了装置的安全生产。

参考文献

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