風(fēng)險(xiǎn)分析與安全評(píng)價(jià)

1、 風(fēng)險(xiǎn)分析與安全評(píng)價(jià)結(jié)業(yè)論文題目 聚丙烯聚合工藝風(fēng)險(xiǎn)分析與安全評(píng)價(jià) 學(xué) 院 化學(xué)與材料工程學(xué)院 年 級(jí) 13級(jí) 專 業(yè) 安全工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 任課教師 職 稱 論文提交日期 2016.7.8 聚丙烯聚合工藝風(fēng)險(xiǎn)分析與安全評(píng)價(jià)摘 要從生產(chǎn)工藝特點(diǎn)、催化劑、反應(yīng)條件和產(chǎn)品特點(diǎn)方面詳細(xì)介紹了聚丙烯生產(chǎn)工藝。結(jié)合工程特點(diǎn)及工藝流程，闡述了聚丙烯裝五的布置原則，管道、管架設(shè)計(jì)要點(diǎn)和方法以及需要注意的問(wèn)題。運(yùn)用HAZOP分析了聚丙烯裝置聚合工段6個(gè)節(jié)點(diǎn)中的工藝危害、可操作性及風(fēng)險(xiǎn)控制等問(wèn)題。通過(guò)分析，找出了影響聚丙烯裝置聚合工段穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素，并針對(duì)各核心要素提出保護(hù)措施。關(guān)鍵詞：聚丙烯

2、；生產(chǎn)工藝；HAZOP 分析；阻燃機(jī)理；阻燃劑  目 錄1.引 言11.1 研究背景12.我國(guó)聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景12.1聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)現(xiàn)狀12.2聚丙烯發(fā)展前景23.HAZOP分析簡(jiǎn)介23.1HAZOP分析簡(jiǎn)介23.2HAZOP的不同應(yīng)用階段34.聚丙烯裝置聚合工段HAZOP分析44.1裝置概述44.2工藝流程圖44.3HAZOP 節(jié)點(diǎn)劃分44.4HAZOP分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估64.5裝置穩(wěn)定性分析65.結(jié)論75.1 結(jié)論7參考文獻(xiàn)7II1. 引 言1.1 研究背景聚丙烯(PP)是一種性能優(yōu)良的熱塑性合成樹脂,是五大通用合成樹脂之一。聚丙烯具有密度小、無(wú)毒、易加工、抗沖擊

3、強(qiáng)度高、抗撓曲性及電絕緣性好等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車、建材、醫(yī)療、包裝等領(lǐng)域。2011年聚丙烯的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量將分別為6095萬(wàn)噸/年和5490萬(wàn)噸/年。聚丙烯發(fā)展速度迅猛,很大程度上得益于聚丙烯工藝技術(shù)的飛速發(fā)展。聚丙烯生產(chǎn)工藝主要有溶液法、淤漿法、本體法、氣相法和本體-氣相法組合工藝5大類。目前世界上比較先進(jìn)的生產(chǎn)工藝主要是氣相法工藝和本體-氣相法組合工藝,這些工藝技術(shù)都采用本體法、氣相法或本體法和氣相法的組合工藝生產(chǎn)均聚物和無(wú)規(guī)共聚物,再串聯(lián)氣相反應(yīng)器系統(tǒng)(一個(gè)或兩個(gè))生產(chǎn)抗沖共聚物。這些工藝技術(shù)適應(yīng)了裝置大規(guī)模(20萬(wàn)噸/年以上)和操作經(jīng)濟(jì)性、產(chǎn)品多樣性和高性能的要求,得到了比

4、較廣泛的應(yīng)用。隨著聚丙烯裝置的大型化，對(duì)工藝穩(wěn)定性水平的要求也越來(lái)越高。裝置要在高負(fù)荷下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于反應(yīng)、工藝操作、安全控制系統(tǒng)等條件都提出了新的挑戰(zhàn)。本文分析對(duì)象為某廠聚丙烯單元聚合工段所涉及的工藝危害及可操作性問(wèn)題，通過(guò)對(duì)聚合工段進(jìn)行 HAZOP分析，針對(duì)裝置PID圖中風(fēng)險(xiǎn)控制、可操作性及其它問(wèn)題，找出影響聚丙烯裝置聚合單元穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素，并針對(duì)各核心要素提出保護(hù)措施。2. 我國(guó)聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景2.1 聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)現(xiàn)狀我國(guó)聚丙烯的工業(yè)生產(chǎn)始于20世紀(jì)70年代,經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展,目前已經(jīng)基本上形成了間歇式本體法、本體法、本體-氣相法、氣相法等多種生產(chǎn)工藝并舉

5、,大中小型生產(chǎn)規(guī)模共存的生產(chǎn)格局。從20世紀(jì)80年代,我國(guó)在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)聚丙烯工藝的同時(shí)開始了大型聚丙烯裝置的國(guó)產(chǎn)化開發(fā)設(shè)計(jì)。中國(guó)石化走在了自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新的前頭,從1996年至1999年,在吸收消化Spheripol工藝基礎(chǔ)上開發(fā)了7套7萬(wàn)噸/年和1套10萬(wàn)噸/年國(guó)產(chǎn)環(huán)管工藝聚丙烯裝置。1999年中國(guó)石化又開發(fā)出20萬(wàn)噸/年規(guī)模、能生產(chǎn)寬分子量分布產(chǎn)品、高性能抗沖共聚物的第二代國(guó)產(chǎn)化環(huán)管聚丙烯成套工藝技術(shù)。至2010年底,又有11套10 35萬(wàn)噸/年的裝置采用中國(guó)石化第二代環(huán)管工藝,總產(chǎn)能220萬(wàn)噸/年。2002年以來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng),我國(guó)的聚丙烯工業(yè)隨之高速發(fā)展,興建了大批技術(shù)新、規(guī)模大的

6、聚丙烯裝置。我國(guó)連續(xù)法聚丙烯產(chǎn)能從2001年的333萬(wàn)噸/年增長(zhǎng)到2010年底1070萬(wàn)噸/年,年均增長(zhǎng)13. 8%。2008年以來(lái),隨著甲醇制烯烴(MTO)技術(shù)的成熟,更多的企業(yè)在煤炭資源豐富的西北等地區(qū),以煤為原料,通過(guò)MTO技術(shù)生產(chǎn)烯烴,建成多個(gè)大型聚丙烯裝置。據(jù)統(tǒng)計(jì),現(xiàn)有多達(dá)30多個(gè)左右的MTO項(xiàng)目在前期工作中,規(guī)劃的烯烴產(chǎn)能在2000萬(wàn)噸/年以上。預(yù)計(jì)到2015年,我國(guó)連續(xù)法聚丙烯裝置將達(dá)到90個(gè)左右,總產(chǎn)能將達(dá)到2000萬(wàn)噸/年。中國(guó)石化環(huán)管工藝成為國(guó)內(nèi)最主要的聚丙烯生產(chǎn)工藝,裝置數(shù)量占全國(guó)的1/3,生產(chǎn)能力超過(guò)30%。截止2010年12月,我國(guó)共有60套連續(xù)法聚丙烯裝置,總產(chǎn)能1

7、070萬(wàn)噸/年。另有50套總產(chǎn)能485萬(wàn)噸/年的裝置在建設(shè)中。20112013年間這批裝置將全部建成,屆時(shí)我國(guó)連續(xù)法聚丙烯裝置的生產(chǎn)能力將達(dá)到1555萬(wàn)噸/年,總計(jì)達(dá)80套裝置,其中采用引進(jìn)技術(shù)的裝置產(chǎn)能966萬(wàn)噸/年,占62. 1%,采用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的裝置產(chǎn)能589萬(wàn)噸/年,占37. 9%。我國(guó)成為世界最大的聚丙烯生產(chǎn)國(guó),所有先進(jìn)的工藝技術(shù)在中國(guó)都有采用,連續(xù)法聚丙烯裝置占世界的27%,生產(chǎn)能力占世界的25%。2.2 聚丙烯發(fā)展前景近年來(lái)，我國(guó)PP市場(chǎng)的需求量增長(zhǎng)很快。2000年我國(guó)PP的表觀消費(fèi)量為486.8萬(wàn)t，2001年達(dá)到530.26萬(wàn)t，成為世界PP第2大消費(fèi)國(guó)，2003年增加到71

8、7.7萬(wàn)t，超過(guò)美國(guó)成為世界上最大的消費(fèi)國(guó)家。我國(guó)PP的消費(fèi)量逐年增加。2005年表觀消費(fèi)量為823.0萬(wàn)t，2006年進(jìn)一步增加到876.07萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)約6.45%，產(chǎn)品自給率增加到66.68%，2001-2006年表觀消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率約為10.56%，已經(jīng)超過(guò)美國(guó)成為世界上最大的PP消費(fèi)國(guó)家。2007年1-11月份的表觀消費(fèi)量為926.21萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)約17.77%。我國(guó)PP產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)編織制品、薄膜制品、注塑制品、紡織制品等，2006年的消費(fèi)構(gòu)成為：拉絲制品對(duì)PP的需求量約占總消費(fèi)量的49.1%，纖維制品約占10.3%，雙向拉伸PP薄膜制品(BOPP)約占13.1%，流延PP

9、薄膜制品(CPP)約占3.4%，注塑制品約占18.3%，管材約占3.8%，其他產(chǎn)品約占2.0%。3. HAZOP分析簡(jiǎn)介3.1 HAZOP分析簡(jiǎn)介HAZOP(Hazard and Operability Analysis), 危險(xiǎn)與可操作性分析。HAZOP分析法是按照科學(xué)的程序和方法，從系統(tǒng)的角度出發(fā)對(duì)工程項(xiàng)目或生產(chǎn)裝置中潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)先的識(shí)別、分析和評(píng)價(jià)，識(shí)別出生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)及操作和維修程序，并提出改進(jìn)意見和建議，以提高裝置工藝過(guò)程的安全性和可操作性，為制定基本防災(zāi)措施和應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行決策提供依據(jù)。HAZOP的主要目的是對(duì)裝置的安全性和操作性進(jìn)行設(shè)計(jì)審查.HAZOP分析由生產(chǎn)管理、工藝、安全、

10、設(shè)備、電氣、儀表、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等工種的專家進(jìn)行共同研究；這種分析方法包括辨識(shí)潛在的偏離設(shè)計(jì)目的的偏差、分析其可能的原因并評(píng)估相應(yīng)的后果。它采用標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)詞，結(jié)合相關(guān)工藝參數(shù)等，按流程進(jìn)行系統(tǒng)分析。并分析正常/非正常時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題、產(chǎn)生的原因、可能導(dǎo)致的后果以及應(yīng)采取的措施。3.2 HAZOP的不同應(yīng)用階段HAZOP分析是一種結(jié)構(gòu)化的危險(xiǎn)分析工具，最適用于在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段后期對(duì)操作設(shè)施進(jìn)行檢查或者在現(xiàn)有設(shè)施做出變更時(shí)進(jìn)行分析。以下詳細(xì)介紹系統(tǒng)生命周期不同階段HAZOP和其他分析方法的應(yīng)用。(1) 概念和定義階段 在系統(tǒng)生命周期的這一階段，將確定設(shè)計(jì)概念和系統(tǒng)主要部分，但開展HAZOP分析所需的詳細(xì)設(shè)

11、計(jì)和文檔并未形成。然而，有必要在此階段識(shí)別出主要危害，以便在設(shè)計(jì)過(guò)程中加以考慮，并有利于隨后進(jìn)行的HAZOP分析。為開展上述研究，應(yīng)使用其他一些基本方法。（關(guān)于這些方法的描述，見IEC 60300-3-9。）(2) 設(shè)計(jì)和開發(fā)階段 在系統(tǒng)生命周期的這一階段，形成詳細(xì)設(shè)計(jì)，并確定操作方法，編制完成設(shè)計(jì)文檔。設(shè)計(jì)趨于成熟，基本固定。開展HAZOP分析的最佳時(shí)機(jī)恰好在設(shè)計(jì)固定不變之前。在此階段，設(shè)計(jì)足夠詳細(xì)，便于通過(guò)HAZOP問(wèn)詢方式得到有意義的答案。建立一個(gè)系統(tǒng)用于評(píng)估HAZOP分析完成后的任何變更非常重要，該系統(tǒng)應(yīng)該在系統(tǒng)整個(gè)生命周期都起作用。(3) 制造和安裝階段 如果系統(tǒng)試運(yùn)行和操作有危險(xiǎn)，

12、或正確的操作步驟和說(shuō)明至關(guān)重要，或后期階段出現(xiàn)設(shè)計(jì)目的的較大變動(dòng)時(shí)，建議在系統(tǒng)開車前進(jìn)行一次HAZOP分析。此時(shí)，試運(yùn)性和操作說(shuō)明等數(shù)據(jù)資料應(yīng)可用。此外，該分析還應(yīng)重新檢查早期分析時(shí)發(fā)現(xiàn)的所有問(wèn)題，以確保它們得到解決。(4) 操作和保養(yǎng)階段 對(duì)于那些影響系統(tǒng)安全、可操作性或影響環(huán)境的變更，應(yīng)考慮變更前進(jìn)行HAZOP分析，此外，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查，消除日常細(xì)微改動(dòng)帶來(lái)的影響。在進(jìn)行HAZOP分析時(shí)，應(yīng)確保在分析中使用最新的設(shè)計(jì)文檔和操作說(shuō)明。(5) 停止使用和報(bào)廢階段 在本階段可能發(fā)生正常運(yùn)行階段不會(huì)出現(xiàn)的危險(xiǎn)，所以本階段可能需要進(jìn)行危險(xiǎn)分析。如果存在以前的分析記錄，則可以迅速完成本階段的分析

13、。在系統(tǒng)整個(gè)生命周期都應(yīng)保存好分析記錄，以確保能迅速處理停用或報(bào)廢階段出現(xiàn)的問(wèn)題。4. 聚丙烯裝置聚合工段HAZOP分析4.1 裝置概述本聚丙烯裝置是某乙烯配套項(xiàng)目，本色丙烯均聚物和無(wú)規(guī)共聚物粒料設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 9. 72 ×104t / h。當(dāng)環(huán)管反應(yīng)器在設(shè)計(jì)條件下操作時(shí)，多數(shù)多相共聚物可有更高的生產(chǎn)能力。三元共聚物的生產(chǎn)能力為6. 5 × 104t / h。聚合工段采用原HIMONT( 現(xiàn)Montell) 公司Spheripol 工藝技術(shù)，它采用的是液相環(huán)管反應(yīng)器和氣相流化床反應(yīng)器的組合工藝。主要原料是高純度聚合級(jí)丙烯、乙烯、丁烯1和氫氣，使用高效載鈦催化劑，可生產(chǎn)丙烯

14、的均聚物、丙烯、乙烯無(wú)規(guī)共聚物；丙烯、乙烯、丁烯三元無(wú)規(guī)共聚物；乙烯、丙烯抗沖共聚物等49個(gè)基礎(chǔ)牌號(hào)的粉料產(chǎn)品，加添加劑后可生產(chǎn) 110多個(gè)牌號(hào)的造粒產(chǎn)品4.2 工藝流程圖圖 1 聚合工段工藝流程4.3 HAZOP 節(jié)點(diǎn)劃分根據(jù)HAZOP分析的要求，應(yīng)將分析對(duì)象劃分為一系列分析節(jié)點(diǎn)。依據(jù)分析對(duì)象的實(shí)際情況，將聚丙烯裝置聚合工段劃分預(yù)接觸系統(tǒng)、丙烯進(jìn)料冷卻系統(tǒng)、反應(yīng)器壓力緩沖系統(tǒng)、200 預(yù)聚反應(yīng)器系統(tǒng)、第一反應(yīng)系統(tǒng)和第二反應(yīng)系統(tǒng)等6個(gè)分析節(jié)點(diǎn)，確定的工藝與可操作性分析節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)功能見表 1序號(hào)分析節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)功能圖紙?zhí)?預(yù)接觸罐系統(tǒng)CAT、TEAL、DONOR分別用其計(jì)量泵P108、P101、P1

15、04輸送,在D201的入口TEAL和DONO進(jìn)入一條管線，然后經(jīng)插底管進(jìn)入 D201，CAT單獨(dú)用一根插底管進(jìn)入預(yù)接觸罐 D201中混合，使TI4+還原為具有活性的Ti3+?；旌虾笏腿腩A(yù)聚反應(yīng)器200#工段8200#工段152丙烯進(jìn)料冷卻系統(tǒng)來(lái)自丙烯進(jìn)料罐D(zhuǎn)302的丙烯，經(jīng)丙烯過(guò)濾器F201后，在流量控制閥FRCA204的控制下進(jìn)入丙烯冷卻器E201中，將丙烯冷卻到10 后，去往Z203。根據(jù)產(chǎn)品牌號(hào)來(lái)確定 H2的加入量，H2用來(lái)控制產(chǎn)品的熔融指數(shù)(MF或MI) ，來(lái)自氫壓機(jī)的5.0MPa氫氣經(jīng)過(guò)濾器F202過(guò)濾后，在流量控制回路FCA201/202的控制下，分別進(jìn)入201/202的丙烯中20

16、0#工段7200#工段73反應(yīng)器壓力緩沖系統(tǒng)丙烯進(jìn)入丙烯氣化器E203氣化后進(jìn)入D202，通過(guò)控制D202的壓力來(lái)保證反應(yīng)器系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定、可控200#工段104R-200預(yù)聚反應(yīng)器系統(tǒng)丙烯與活化后的CAT一起送到預(yù)聚反應(yīng)器R20，控制壓力3.3MPa、溫度小于20 。環(huán)管有冷凍水夾套撤熱，從預(yù)聚反應(yīng)器出來(lái)的稀漿液連續(xù)排到第一環(huán)管反應(yīng)器R201200#工段9200#工段9200#工段145第一反應(yīng)器系統(tǒng)來(lái)自預(yù)聚反應(yīng)器被包裹起來(lái)的CAT首先進(jìn)入第一環(huán)管反應(yīng)器R201，然后經(jīng)帶連接進(jìn)入第二環(huán)管反應(yīng)器R202( 小環(huán)管系統(tǒng)）200#工段11200#工段12200#工段146第二反應(yīng)器系統(tǒng)來(lái)自預(yù)聚反應(yīng)

17、器被包裹起來(lái)的CAT首先進(jìn)入第一環(huán)管反應(yīng)器R201，然后經(jīng)帶連接進(jìn)入第二環(huán)管反應(yīng)器R202( 大環(huán)管系統(tǒng)）200#工段12200#工段14表1 聚丙烯裝置聚合工段HAZOP分析節(jié)點(diǎn)4.4 HAZOP分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估HAZOP分析小組對(duì)聚丙烯裝置聚合工段共6個(gè)分析節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，形成了工藝與可操作性分析記錄表，并針對(duì)HAZOP分析辨識(shí)出的危害場(chǎng)景可能對(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境和聲譽(yù)等4個(gè)方面帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估4.5 裝置穩(wěn)定性分析通過(guò)HAZOP分析以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得出影響聚丙烯裝置聚合工段穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素如表2所示。相應(yīng)的保護(hù)措施見表3表2聚丙烯裝置聚合工段穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素分析節(jié)點(diǎn)影響

18、本節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素節(jié)點(diǎn)一CAT 流量、TEAL流量、DONOR流量、Z203 沖洗丙烯流量、D201溫度和D201壓力節(jié)點(diǎn)二丙烯進(jìn)料流量、氫氣進(jìn)料流量、E201 丙烯出口溫度和丙烯進(jìn)料壓力節(jié)點(diǎn)三D202液位和D202壓力節(jié)點(diǎn)四R200溫度、R200壓力和物料停留時(shí)間節(jié)點(diǎn)五R201溫度、R201壓力、D203液位和物料停留時(shí)間節(jié)點(diǎn)六R202溫度、R202壓力和物料停留時(shí)間表3影響穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素的保護(hù)措施分析節(jié)點(diǎn)針對(duì)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素的保護(hù)措施節(jié)點(diǎn)一CAT、TEAL、DONOR及Z203沖洗丙烯的流量必須控制在系統(tǒng)允許的范圍之內(nèi)；D201運(yùn)行溫度控制在812 ；D201運(yùn)行壓力控制在

19、3. 05. 0MPa節(jié)點(diǎn)二丙烯進(jìn)料流量、氫氣進(jìn)料流量必須控制在系統(tǒng)允許的范圍之內(nèi); 丙烯出口溫度控制在10 左右；丙烯進(jìn)料壓力控制在系統(tǒng)允許的范圍之內(nèi)節(jié)點(diǎn)三D202運(yùn)行液位控制在20%到60% 之間；運(yùn)行壓力控制在3. 13. 5MPa之間節(jié)點(diǎn)四R200控制壓力 3. 3MPa、溫度小于20 ，物料停留時(shí)間4 min節(jié)點(diǎn)五溫度：70 ；壓力：3.3MPa；R202停留時(shí)間約1. 15 h節(jié)點(diǎn)六溫度：70 ；壓力：3.3MPa；R202停留時(shí)間約0.85 h5. 結(jié)論5.1 結(jié)論通過(guò)對(duì)聚丙烯裝置聚合工段的 HAZOP分析，找出了影響聚丙烯裝置聚合工段穩(wěn)定運(yùn)行的核心要素，并且針對(duì)各個(gè)要素，提出了相應(yīng)的保護(hù)措施。只有將各核心要素運(yùn)行的參數(shù)控制在合適的范圍內(nèi)，才能保證聚丙烯裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全運(yùn)行。生產(chǎn)裝置大型化減低能耗和最大限度生產(chǎn)高性能化的產(chǎn)品，一直是 PP 成套技術(shù)的發(fā)展方向。因此國(guó)內(nèi)聚丙烯研發(fā)機(jī)構(gòu)應(yīng)該在這兩個(gè) 方面重點(diǎn)研究，即一方面關(guān)注關(guān)鍵設(shè)備的大型化研究