职称论文高压车间高压聚乙烯装置分解反应的原因及措施

职称论文高压车间高压聚乙烯装置分解反应的原因及措施

1.职称论文高压车间高压聚乙烯装置分解反应的原因及措施 篇一

从装置和设备的安全以及生产的平稳考虑, 在该公司高压聚乙烯装置中采用了3套紧急停车系统 (ESD1301、ESD1302和PSD5101) , ESD-1301和ESD-1302为硬接线紧急停车系统 (RSD) , 满足SIL4安全等级。ESD-1301为一、二次压缩机和反应器联锁保护系统;ESD-1302为高分和高循联锁保护系统。现重点介绍该装置管式反应器 (R1301) 的联锁回路, 及其开车以来出现的问题, 最后给出相应的解决办法。

1 R1301的联锁回路的工艺流程*

工艺气体经二次压缩机C1202压缩, 并由预热器R1301E1A/B加热后, 达到聚合反应条件, 在反应器的4个反应区内形成聚乙烯。通过采用不同的过氧化物溶液, 在反应器每个区域的起始处引发聚合反应。生产的数量和质量根据产品类型的不同而不同。反应器类似于一个套管式换热器, 聚合反应是强放热过程, 因此在夹套侧用低压热水和中压热水撤出聚合反应热。

乙烯、丙醛或丙烯混合后进入R1301E1A/B并被加热到140～170℃, 在R1301E1A/B的出口安装了一个爆破片, 防止二次压缩机和反应器超压。沿着反应器的各个区安装了多只热电偶, 用来监测反应混合物沿反应器的温度分布, 这个温度分布通过精确调节工艺参数而产生, 如反应器压力、引发剂与调整剂的类型及数量等。由于存在乙烯分解的危险, 最高反应温度设定在310℃左右。按规定的间隔降低反应器的压力会影响聚合反应。安装在第四反应区出口的脉冲阀调节反应间歇膨胀, 经过此膨胀过程后, 脉冲阀在反应器和出口预热器间产生数百千帕的压降, 这种压力波动能够减少反应器管壁上的结垢。

此外, 反应介质的冷却及加热等参数也会影响聚合过程。预热器用预热的低压和中压热水加热, 低压热水由产品冷却器E1402提供。中压热水和低压热水由产品冷却器E1401与后冷器R1301E2提供。

为了稳定操作, 在R1301E1A/B对工艺气体的加热过程中, 采用特殊的控制概念, 将温度与流量控制相结合, 既保证从热水到工艺气体要求的传热量, 又可防止热水沸腾。热水罐V1802向E1401/后冷器R1301E2的中压热水供水与各自的回水的温差为15℃, 这个温差可以通过位于V1802上中压热水回水线的流量控制阀控制中压热水流量来调节。

开车时, 需要由外部提供额外的热量加预热器中的工艺气体, 以达到反应器中引发聚合反应所需的温度条件。在这种情况下, 需要遵循一套与正常操作不同的特殊操作程序, 在开车R1301E1A/B上使用从界区外输入的高压蒸汽时, 从反应器后冷器到最后一个预热器区域, 中压热水给水温度呈上升趋势。

脉冲阀将聚合物与乙烯混合物的压力降至48MPa左右。在聚合物进入高压产品分离器S1401之前, 由中压热水通过反应器后冷器R1301E2将反应混合物的温度降至250℃左右。

一旦高压气体温度过高, 或反应器与后冷器区发生分解, 产生的高压将触发紧急事故程序。为了保护反应器的管子不发生破裂, 在反应器上设计安装5个紧急事故阀。在脉冲阀的下游和S1401的下游装设另外两个紧急事故阀。通过紧急排放管线, 反应器中的物料立即进入反应器排放罐V1301。为了检测紧急事故阀泄漏的少量气体流量, 在每个放空线上都设计安装了热电偶。每班的操作工都要保证放空线的畅通 (没有聚合物堵塞) , 操作人员必须定时打开放空线的氮气, 短时吹氮, 并通过相应的压力表观察压降。

1.1 反应器排放系统

紧急停车程序ESD1301通过降低二次压缩机和反应器的压力, 使反应单元达到一个不再发生进一步聚合的安全条件。扩展ESD程序ESD1302进一步使后冷器和高压产品分离器压力降低。反应器排放罐V1301正常情况在大气压下操作, 放空线出口离地面约45m。V1301的设计压力5.0MPa (G) 、温度250℃、容积34m3、外径2.4m、切线高6.7m。V1301内装填了一些水, 用来冷却进入容器的热气体。容器内水的液位用放射性测量元件检测, 并在DCS上指示。

当ESD程序被触发时, 经3s的延迟, 中压蒸汽被注入到烟囱中, 约60s后蒸汽物流自动中断, 这样就提高了混合物的冷却速度, 并且加速了容器中乙烯与聚合物混合物的冷却。为了稀释并冷却聚合物和气体的混合物, 容器中也需要有水。在V1301中, 聚合物被冷却并留在容器内, 而乙烯与水的混合物被释放到大气中。

为了清洗, 包括降压后的反应器、高压产品分离器和反应器排放罐V1301的整个泄压系统都要用氮气进行吹扫。在V1301液面上方圆柱的较低部分, 设有一个低压氮气注入口, 用作吹扫和氮气保护。V1301的底部有液压盖可以就地打开和关闭, 以除去分离出的聚合物粉末。液压盖有电动机械联锁, 打开容器之前, 操作工必须使用一个钥匙系统将液压装置解除。打开V1301之前, 操作工必须关闭氮气进料阀、上游切断阀、中压蒸汽阀、下游切断阀、去高压氮气吹扫总管的进料阀 (机械锁) 、冲水阀和新鲜乙烯进料阀, 同时设置部分机械锁以防操作工检查敞开容器时受伤。高压循环回路上的两个紧急事故阀必须在ESD盘上处于锁定的状态, 以防止高压循环气系统在压力下打开。需要注意的是, 一旦容器盖打开, 一、二次压缩机C1201和C1202都不能启动。

给水阀安装在反应坝外, 可通过DCS手动向V1301加水。V1301仅加水到水线进口管嘴的标高处, 最大加水量约6.5m3。为了避免水进入紧急排放管线, 当容器加水时高液位触发进水阀自动关闭。一旦液位增长 (如蒸汽阀或给水阀泄漏) 立即报警, 并可操作开/关阀从控制室手动调节液位。在这种情况下, 水仅需降到正常液位。水位降低的补水也通过补水线来完成。通过DCS可以操作放水阀放水, 反应器运行时该操作也可进行。如果操作工不在, 放水阀自动关闭。通过这个阀不可能放掉全部的水, 该阀安装在反应坝内。

根据ESD1301或ESD1302, 以及分解的冲力, 在V1301中约有2.5m3的水与聚乙烯混合, 混合物的温度约在60～100℃。打开V1301盖前, 通过位于容器最底部锥形部分的导淋阀, 将水排到收集罐里, 然后排到反应坝旁的排水沟。如果排放罐盖打开, 一次压缩机C1201不能启动。在0.1MPa (绝压) 、100～60℃条件下, 乙烯在水中的溶解量很小, 因此废水中的乙烯含量可以忽略。

当容器中的水放掉后, 就可以用液压打开容器底盖, 约为510 (ESD1301) ～620kg (ESD1302) 的聚合物粉末靠重力放入容积为3～4m3的收集罐中。如果ESD1301动作, 约90kg的聚乙烯粉末将排放到大气中;如果ESD1302动作, 会有约110kg聚乙烯粉末排放到大气中。这相当于一年平均排放到大气中的聚乙烯粉末约0.5t (4次紧急程序1和1次紧急程序2) 。经过容器上的导淋阀, 剩下的水排放到地面。通过目测检查确认容器已排空 (检查液位控制) , 且在紧急排放管线的出口处没有剩余的聚乙烯粉末, 则可以液压关闭封盖。这时必须启动机械联锁并且把水填充进去。最多含0.001‰乙烯的聚乙烯粉末, 可以从反应坝移走, 去作进一步处理。

1.2 R1301涉及的危险因素

反应器由于冷却不良或催化剂内含杂质, 会使反应器内的乙烯自分解, 致使反应器内温度和压力迅速上升, 损坏设备;反应器内发生自分解时, 产生的压力波可能向下游波及, 使下游产品冷却换热器或分离器超压, 或波及上游使反应预热器或压缩机超压而损坏;反应器上的紧急排空阀若开启前、后顺序不一致, 可能导致某一只或几只紧急排空阀打开时, 高温高压物料排放入排空阀造成排空阀压力过高引起危险;反应器内生成的聚合物若在反应器或排空阀下游伴热不良, 会引起聚乙烯凝固, 可能导致排空能力不足造成危险。

2 R1301联锁回路构成

高压聚乙烯装置管式反应器联锁回路主要由3个联锁功能 (SIF) 组成:反应器温度高高时开启紧急排空阀联锁功能 (SIF1) , 反应器温度高高时切断下游脉冲阀联锁功能 (SIF2) , 反应器温度高高时触发ESD停二次机C1202 (SIF3) 。R1301联锁回路涉及的相关设备详见表1。

3 联锁回路的改进

R1301内反应异常, 发生乙烯自分解时, R1301入口的爆破片可防止设备损坏, 但不能防止反应器积炭。操作工可以得到报警, 但没有足够的反应时间。当R1301中任一段温度 (共设有90个热偶, 确认此处传感器TR13001～13096最多允许旁路4个, 反应器段有TR13014等66只热电偶, 报警值270, 联锁值300) 超过联锁值时, 触发ESD1301, 打开XV13001～XV13005阀门进行紧急泄压, 并执行全线停车。

综合高压聚乙烯装置的风险因素, 并对联锁的安全要求进行分析, 考虑到现有条件下联锁误跳车的频率过高, 目前反应器上相邻的4路温度传感器由同一块报警设定卡输入, 而报警设定卡为故障安全型卡件, 其中某一通道故障或信号超量程, 则该报警设定卡整体切出, 所以一路传感器故障, 需同时旁路该卡件的4个联锁回路。如果反应器上的4路温度传感器同时处于旁路状态, 反应器发生飞温时具有重大风险 (自分解的压力上升速度极快) , 因而反应器存在重大风险。建议更换相应的报警设定器卡件, 使每个测温点都可以进行单独旁路, 可有效避免不必要的联锁误跳车。

4 结束语

以上是笔者对高压聚乙烯装置反应器安全联锁回路的理解分析, 针对该装置开车以来, 联锁误跳车频频发生的主要原因进行分析, 并对安全联锁回路进行改进。改进后的安全联锁回路有效地避免不必要的联锁误跳车现象, 减少了装置的非计划停车, 确保生产的长周期平稳运行。

摘要：对高压聚乙烯装置管式反应器的联锁回路进行分析, 总结装置自开车以来出现的问题, 并给出相应的解决办法。