本体环管法聚丙烯装置的消防设计

　　摘 要: 介绍了聚丙烯装置的生产工艺现状及本体环管法聚丙烯装置的工艺流程, 从建筑防火、工艺防火和消防系统设置三个方面对装置的消防设计进行了探讨。
　　关键词: 聚丙烯装置; 工艺流程; 消防设计
　　1 聚丙烯装置生产工艺现状及工艺流程
　　1. 1 生产工艺现状
　　聚丙烯是与人们日常生活密切相关的通用树脂,根据反应介质和反应器构形, 聚丙烯装置分为三种基本类型: 一是本体工艺, 聚合反应在液体丙烯中进行,反应器为液体釜式反应器或环管反应器; 二是气相法工艺, 丙烯直接聚合生成固体聚合物, 反应器为流化床、卧式搅拌床和立式搅拌床; 三是浆液法工艺, 丙烯溶解在丁烷、戊烷、己烷、庚烷或壬烷等烃类稀释剂中,反应器为连续搅拌槽式反应器、间歇搅拌槽式反应器或环管反应器。目前世界约55% 的聚丙烯装置是本体法, 25% 是气相法, 20% 是浆液法。据统计, 截至1998年底, 我国共有113 套中、小型聚丙烯装置, 其中采用环管式反应器液相—气相本体组合工艺(Spheripo l)的约占45% , 采用釜式反应器液相—气相本体组合工艺(Hypo l) 的约占21% , 采用国内自行开发的液相本体环管法工艺的约占25% , 采用其他工艺的约占9%。
　　1. 2 工艺流程
　　在众多的聚丙烯生产方法中, 采用本体环管法技术生产的聚合物产品范围最宽, 包括均聚物、无规共聚物?三元共聚物和耐冲击共聚物, 是当代最具竞争力的生产方法之一。1995 年以来, 中国石化集团公司在pheripo l 工艺基础上, 研制开发了“7 万吨/年环管法聚丙烯成套技术”, 该技术以炼厂丙烯为原料, 包括催化剂、环管反应器等关键设备、全套工艺包括工程设计。目前在长岭、福建、九江、武汉、济南等炼厂已分别建成5 套各为7 万吨/年的环管聚丙烯装置, 装置运行良好, 标志着我国聚丙烯技术取得了突破性进展。国产本体环管法聚丙烯成套技术的生产工艺流程如下:
　　丙烯原料经保安精制系统脱水、脱氧后成为精丙烯, 经计量罐进入环管反应器, 主催化剂、活化剂、分子量调节剂、给电子体等也经过计量罐按一定比例加入反应器。液相丙烯在75 ℃、3. 5M Pa 压力下进行液相本体聚合反应, 3 h～ 6 h 后, 液相丙烯消失, 反应器内主要是聚丙烯固体颗粒和未反应的高压丙烯气体, 气相丙烯经冷却后由循环气压缩机回收利用。聚丙烯借丙烯回收后移动装置剩余的压力向闪蒸釜喷料, 将聚丙烯、气相丙烯以及聚丙烯吸附的丙烯分离, 得到不含丙烯的聚丙烯粉料, 通过干燥器通入空气进行干燥, 得到粉料聚丙烯产品。然后风送到挤压造粒区, 经挤压机造成颗粒, 再经风送到颗粒料仓进行均化, 均化后的颗粒再次由风送到包装厂房, 用包装机包成袋装成品入库。 把安全工程师站点加入收藏夹
　　2 本体环管法聚丙烯装置的消防设计
　　国产本体环管法聚丙烯装置工艺复杂, 各类管线、设备众多, 装置分为聚合区、挤压造粒厂房、颗粒料仓、成品包装、烷基铝储存、制氢站、丙烯预精制工段七个区块, 其中聚合区、烷基铝储存、制氢站、丙烯预精制属甲类生产。装置消防设计主要依据《石油化工企业设计防火规范》和《建筑设计防火规范》, 并参照了Spheripo l 工艺的有关消防要求。
　　2. 1 建筑防火
　　聚丙烯装置的总平面布局、各工段间的防火间距、各工段的耐火等级、安全疏散设计应符合《石油化工企业设计防火规范》的规定。现仅讨论聚合区设备的建筑防火设计。聚丙烯聚合区为长方形, 中间为管廊, 两边是框架和设备, 一边是环管反应器框架, 一边是聚合物闪蒸干燥钢框架。按照规范要求, 设备承重钢框架的梁、柱应覆盖耐火层。在本装置中, 应将钢框架距地面6 m 以下的梁、柱喷涂防火涂料作为耐火层, 并应采用厚型、无机能适用于烃类火灾的防火涂料, 使其框架耐火极限大于1. 5 h, 以防止在火灾中因强度降低而造成装置的整体坍塌。
　　2. 2 工艺防火
　　2. 2. 1 防静电
　　聚丙烯浆液管线、粉料和颗粒输送管线、液态丙烯等输送管线应采取管道静电接地措施, 对防爆区的设备和非防爆区的关键设备也应采取静电接地保护。
　　2. 2. 2 防粉尘爆炸
　　聚丙烯粉料有引起粉尘爆炸的危险, 因而应采取有效措施防止粉尘的聚积。在装置中, 应使用密闭的氮气系统输送聚丙烯粉料, 对添加剂加料处等粉尘较多的地方, 应设置排风机, 及时将粉尘排出。
　　2. 2. 3 可燃气体探测
　　原料丙烯的蒸气相对密度大于1, 这样万一装置内某点发生泄漏, 很容易聚集在低洼区, 形成具有爆炸危险的混合物。因此在装置的周围及可燃气体较集中的地方应设置可燃气体探测器, 并将报警信号直接接入主控制室。
　　2. 2. 4 活化剂系统
　　聚丙烯装置的关键技术之一是催化剂, 目前, 我国自行研制成功的高效丙烯聚合催化剂, 实现了长周期稳定运转, 在合成催化剂过程时, 需使用三乙基铝作为活化剂。三乙基铝属烷基铝, 是一种有机铝化合物, 为无色透明液体, 属一级自燃化学危险品。三乙基铝在常温下能与空气中的氧反应放热自燃, 因而装卸及操作必须在氮气中进行, 并应始终保持正压, 防止吸入空气发生事故。
　　2. 3 消防系统
　　2. 3. 1 火灾自动报警系统
　　聚丙烯装置属易燃易爆的危险场所, 应设置火灾自动报警系统。系统应能与通风空调系统的排烟阀、防火阀以及装置内消防灭火系统进行电气联锁实现自动或手动控制。系统主要设备及安装地点如下:
　　(1) 在主控制室设主控制器, 挤压机控制室、配电室和包装厂房内设区域控制器;
　　(2) 在各控制室、电缆夹层、分析化验室、化学品库、挤压造粒厂房的局部部位以及具有大量电缆的活动地板下设置感烟、感温探测器;
　　(3) 在聚合区内有液态丙烯反应的关键部位及三乙基铝储存间内设置防爆型火焰探测器;
　　(4) 在包装厂房和成品库房设置对射式感烟探测器;
　　(5) 在配电室内电缆槽板内设置线型感温电缆;
　　(6) 在装置区内所有的手动报警点设置防爆型和普通型手动按钮;
　　(7) 按需要在装置区内设置各种功能模块。
　　2. 3. 2 高压消防水系统
　　高压消防水系统由高压消火栓和高压消防水炮组成。
　　(1) 高压消火栓设置在整个装置区四周及装置内的消防通道上, 由装置区专门的高压消防水泵房供水,高压消火栓均应采用地上式, 沿道路路边5 m 内安装, 间距应小于60 m , 栓口直径150 mm。
　　(2) 高压消防水炮主要设置在聚合区四周, 由高压消防水泵房供水, 其位置距聚合区应大于15 m , 出水量为30 L/s～ 40 L/s。消防水炮射程远、水量大、射流集中、控制范围大, 能够在短时间内向火场提供大量的消防用水, 达到控火灭火效果。消防水炮应能按两种工况使用, 当保护地面设备时喷雾状水, 覆盖面积大、射程短; 当保护高的设备时喷直流水, 射流集中、射程远。
　　2. 3. 3 低压消防水系统
　　低压消防水系统由室内消火栓、箱式消火栓和消防给水竖管组成。
　　(1) 室内消火栓主要设置在装置区内的主控制室、分析化验室、化学品库、挤压造粒厂房、包装厂房、成品库房内, 栓箱内配备消防水带、水枪, 供企业内部职工和专职消防人员扑灭初期火灾。
　　(2) 箱式消火栓设置在聚合区环管反应器、闪蒸釜、干燥器、压缩机、管廊下部等部位, 其保护半径应小于30 m , 箱内配备多用雾化水枪, 可喷射直流或雾化水流, 以免在火灾时设备遇水急冷导致破坏。箱式消火栓主要用于控制局部小火, 辅以工艺操作进行应急处理, 以扑灭初期火灾。
　　(3) 聚合区内设备框架平台应沿梯子敷设半固定式消防给水竖管, 并配置带阀门的管牙接口, 竖管间距应小于50 m。消防给水竖管一般供专职消防人员使用, 由消防车供水, 设置简单、便于使用, 可加快控火、灭火速度。
　　2. 3. 4 雨淋喷水灭火系统
　　聚丙烯装置区一旦发生火灾, 火势发展迅猛, 蔓延迅速, 因而应设置雨淋喷水灭火系统。系统主要用于保护均聚物容器及结构、干燥器单元结构底层、催化剂配制单元结构和含液态丙烯的容器、换热器、冷凝器和丙烯进料罐等。系统由探测系统、开式喷头、雨淋报警阀组和管道组成, 发生火灾时, 火灾探测器将信号送至火灾报警控制器, 控制器输出信号打开雨淋阀, 使整个保护区内的开式喷头喷水灭火。系统喷水强度为16 L/(m in·m2) , 作用面积为260m2。由于聚合区火灾危险性较大, 应将雨淋阀组安装在聚合区外专门的阀门室内。
　　2. 3. 5 固定式干粉灭火系统
　　由于三乙基铝与空气、水以及卤素或卤化物能发生剧烈反应而导致自燃或生成可燃物质, 因而不能用水、卤代烷、泡沫等灭火系统实施灭火。对于三乙基铝储存区, 应设置固定式干粉灭火系统。系统由干粉储罐、容器阀、喷嘴、储气瓶组、瓶头阀、减压阀、管道等组成, 发生火灾时, 由干粉储罐借助输送管道连接到固定喷嘴上, 通过喷嘴喷放干粉到储存区。由于三乙基铝是液体, 系统可选用碳酸氢钠干粉灭火剂。干粉储罐应密封, 以防止干粉回潮结块。驱动干粉的气源应采用惰性气体, 一般为氮气或二氧化碳, 瓶组容量除了能在1m in 内连续驱动干粉向外喷射外, 剩余气体应能满足对系统内部进行吹扫的需要。在我国, 干粉灭火系统应用不是很多, 主要是因为工程应用数据不全。为此, 本装置的干粉系统设计参数及设置主要参照了美国N FPA 中干粉灭火系统的有关规定。目前, 我国正在制订《干粉灭火系统设计规范》, 随着规范的颁布实施,系统将日趋完善。此外, 在三乙基铝储存区还应配备推车式干粉灭火器, 作为固定式干粉灭火系统的备用, 以便及时扑灭储存区内各部位发生的火灾。