風險分析與安全評價

1、 風險分析與安全評價結業(yè)論文題目 聚丙烯聚合工藝風險分析與安全評價 學 院 化學與材料工程學院 年 級 13級 專 業(yè) 安全工程 班 級 學 號 學生姓名 任課教師 職 稱 論文提交日期 2016.7.8 聚丙烯聚合工藝風險分析與安全評價摘 要從生產工藝特點、催化劑、反應條件和產品特點方面詳細介紹了聚丙烯生產工藝。結合工程特點及工藝流程，闡述了聚丙烯裝五的布置原則，管道、管架設計要點和方法以及需要注意的問題。運用HAZOP分析了聚丙烯裝置聚合工段6個節(jié)點中的工藝危害、可操作性及風險控制等問題。通過分析，找出了影響聚丙烯裝置聚合工段穩(wěn)定運行的核心要素，并針對各核心要素提出保護措施。關鍵詞：聚丙烯

2、；生產工藝；HAZOP 分析；阻燃機理；阻燃劑  目 錄1.引 言11.1 研究背景12.我國聚丙烯生產工藝技術現(xiàn)狀及發(fā)展前景12.1聚丙烯生產工藝技術現(xiàn)狀12.2聚丙烯發(fā)展前景23.HAZOP分析簡介23.1HAZOP分析簡介23.2HAZOP的不同應用階段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)點劃分44.4HAZOP分析及風險評估64.5裝置穩(wěn)定性分析65.結論75.1 結論7參考文獻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、無毒、易加工、抗沖擊

3、強度高、抗撓曲性及電絕緣性好等優(yōu)點,廣泛應用于電子電器、汽車、建材、醫(yī)療、包裝等領域。2011年聚丙烯的生產能力和產量將分別為6095萬噸/年和5490萬噸/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的飛速發(fā)展。聚丙烯生產工藝主要有溶液法、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的生產工藝主要是氣相法工藝和本體-氣相法組合工藝,這些工藝技術都采用本體法、氣相法或本體法和氣相法的組合工藝生產均聚物和無規(guī)共聚物,再串聯(lián)氣相反應器系統(tǒng)(一個或兩個)生產抗沖共聚物。這些工藝技術適應了裝置大規(guī)模(20萬噸/年以上)和操作經濟性、產品多樣性和高性能的要求,得到了比

4、較廣泛的應用。隨著聚丙烯裝置的大型化，對工藝穩(wěn)定性水平的要求也越來越高。裝置要在高負荷下長期穩(wěn)定運行，對于反應、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題，通過對聚合工段進行 HAZOP分析，針對裝置PID圖中風險控制、可操作性及其它問題，找出影響聚丙烯裝置聚合單元穩(wěn)定運行的核心要素，并針對各核心要素提出保護措施。2. 我國聚丙烯生產工藝技術現(xiàn)狀及發(fā)展前景2.1 聚丙烯生產工藝技術現(xiàn)狀我國聚丙烯的工業(yè)生產始于20世紀70年代,經過三十多年的發(fā)展,目前已經基本上形成了間歇式本體法、本體法、本體-氣相法、氣相法等多種生產工藝并舉

5、,大中小型生產規(guī)模共存的生產格局。從20世紀80年代,我國在引進國外先進聚丙烯工藝的同時開始了大型聚丙烯裝置的國產化開發(fā)設計。中國石化走在了自主設計創(chuàng)新的前頭,從1996年至1999年,在吸收消化Spheripol工藝基礎上開發(fā)了7套7萬噸/年和1套10萬噸/年國產環(huán)管工藝聚丙烯裝置。1999年中國石化又開發(fā)出20萬噸/年規(guī)模、能生產寬分子量分布產品、高性能抗沖共聚物的第二代國產化環(huán)管聚丙烯成套工藝技術。至2010年底,又有11套10 35萬噸/年的裝置采用中國石化第二代環(huán)管工藝,總產能220萬噸/年。2002年以來,隨著我國經濟的增長,我國的聚丙烯工業(yè)隨之高速發(fā)展,興建了大批技術新、規(guī)模大的

6、聚丙烯裝置。我國連續(xù)法聚丙烯產能從2001年的333萬噸/年增長到2010年底1070萬噸/年,年均增長13. 8%。2008年以來,隨著甲醇制烯烴(MTO)技術的成熟,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MTO技術生產烯烴,建成多個大型聚丙烯裝置。據(jù)統(tǒng)計,現(xiàn)有多達30多個左右的MTO項目在前期工作中,規(guī)劃的烯烴產能在2000萬噸/年以上。預計到2015年,我國連續(xù)法聚丙烯裝置將達到90個左右,總產能將達到2000萬噸/年。中國石化環(huán)管工藝成為國內最主要的聚丙烯生產工藝,裝置數(shù)量占全國的1/3,生產能力超過30%。截止2010年12月,我國共有60套連續(xù)法聚丙烯裝置,總產能1

7、070萬噸/年。另有50套總產能485萬噸/年的裝置在建設中。20112013年間這批裝置將全部建成,屆時我國連續(xù)法聚丙烯裝置的生產能力將達到1555萬噸/年,總計達80套裝置,其中采用引進技術的裝置產能966萬噸/年,占62. 1%,采用國產化技術的裝置產能589萬噸/年,占37. 9%。我國成為世界最大的聚丙烯生產國,所有先進的工藝技術在中國都有采用,連續(xù)法聚丙烯裝置占世界的27%,生產能力占世界的25%。2.2 聚丙烯發(fā)展前景近年來，我國PP市場的需求量增長很快。2000年我國PP的表觀消費量為486.8萬t，2001年達到530.26萬t，成為世界PP第2大消費國，2003年增加到71

8、7.7萬t，超過美國成為世界上最大的消費國家。我國PP的消費量逐年增加。2005年表觀消費量為823.0萬t，2006年進一步增加到876.07萬t，同比增長約6.45%，產品自給率增加到66.68%，2001-2006年表觀消費量的年均增長率約為10.56%，已經超過美國成為世界上最大的PP消費國家。2007年1-11月份的表觀消費量為926.21萬t，同比增長約17.77%。我國PP產品主要用于生產編織制品、薄膜制品、注塑制品、紡織制品等，2006年的消費構成為：拉絲制品對PP的需求量約占總消費量的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%，其他產品約占2.0%。3. HAZOP分析簡介3.1 HAZOP分析簡介HAZOP(Hazard and Operability Analysis), 危險與可操作性分析。HAZOP分析法是按照科學的程序和方法，從系統(tǒng)的角度出發(fā)對工程項目或生產裝置中潛在的危險進行預先的識別、分析和評價，識別出生產裝置設計及操作和維修程序，并提出改進意見和建議，以提高裝置工藝過程的安全性和可操作性，為制定基本防災措施和應急預案進行決策提供依據(jù)。HAZOP的主要目的是對裝置的安全性和操作性進行設計審查.HAZOP分析由生產管理、工藝、安全、

10、設備、電氣、儀表、環(huán)保、經濟等工種的專家進行共同研究；這種分析方法包括辨識潛在的偏離設計目的的偏差、分析其可能的原因并評估相應的后果。它采用標準引導詞，結合相關工藝參數(shù)等，按流程進行系統(tǒng)分析。并分析正常/非正常時可能出現(xiàn)的問題、產生的原因、可能導致的后果以及應采取的措施。3.2 HAZOP的不同應用階段HAZOP分析是一種結構化的危險分析工具，最適用于在詳細設計階段后期對操作設施進行檢查或者在現(xiàn)有設施做出變更時進行分析。以下詳細介紹系統(tǒng)生命周期不同階段HAZOP和其他分析方法的應用。(1) 概念和定義階段 在系統(tǒng)生命周期的這一階段，將確定設計概念和系統(tǒng)主要部分，但開展HAZOP分析所需的詳細設

11、計和文檔并未形成。然而，有必要在此階段識別出主要危害，以便在設計過程中加以考慮，并有利于隨后進行的HAZOP分析。為開展上述研究，應使用其他一些基本方法。（關于這些方法的描述，見IEC 60300-3-9。）(2) 設計和開發(fā)階段 在系統(tǒng)生命周期的這一階段，形成詳細設計，并確定操作方法，編制完成設計文檔。設計趨于成熟，基本固定。開展HAZOP分析的最佳時機恰好在設計固定不變之前。在此階段，設計足夠詳細，便于通過HAZOP問詢方式得到有意義的答案。建立一個系統(tǒng)用于評估HAZOP分析完成后的任何變更非常重要，該系統(tǒng)應該在系統(tǒng)整個生命周期都起作用。(3) 制造和安裝階段 如果系統(tǒng)試運行和操作有危險，

12、或正確的操作步驟和說明至關重要，或后期階段出現(xiàn)設計目的的較大變動時，建議在系統(tǒng)開車前進行一次HAZOP分析。此時，試運性和操作說明等數(shù)據(jù)資料應可用。此外，該分析還應重新檢查早期分析時發(fā)現(xiàn)的所有問題，以確保它們得到解決。(4) 操作和保養(yǎng)階段 對于那些影響系統(tǒng)安全、可操作性或影響環(huán)境的變更，應考慮變更前進行HAZOP分析，此外，應對系統(tǒng)進行定期檢查，消除日常細微改動帶來的影響。在進行HAZOP分析時，應確保在分析中使用最新的設計文檔和操作說明。(5) 停止使用和報廢階段 在本階段可能發(fā)生正常運行階段不會出現(xiàn)的危險，所以本階段可能需要進行危險分析。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)整個生命周期都應保存好分析記錄，以確保能迅速處理停用或報廢階段出現(xiàn)的問題。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目，本色丙烯均聚物和無規(guī)共聚物粒料設計生產能力為 9. 72 ×104t / h。當環(huán)管反應器在設計條件下操作時，多數(shù)多相共聚物可有更高的生產能力。三元共聚物的生產能力為6. 5 × 104t / h。聚合工段采用原HIMONT( 現(xiàn)Montell) 公司Spheripol 工藝技術，它采用的是液相環(huán)管反應器和氣相流化床反應器的組合工藝。主要原料是高純度聚合級丙烯、乙烯、丁烯1和氫氣，使用高效載鈦催化劑，可生產丙烯

14、的均聚物、丙烯、乙烯無規(guī)共聚物；丙烯、乙烯、丁烯三元無規(guī)共聚物；乙烯、丙烯抗沖共聚物等49個基礎牌號的粉料產品，加添加劑后可生產 110多個牌號的造粒產品4.2 工藝流程圖圖 1 聚合工段工藝流程4.3 HAZOP 節(jié)點劃分根據(jù)HAZOP分析的要求，應將分析對象劃分為一系列分析節(jié)點。依據(jù)分析對象的實際情況，將聚丙烯裝置聚合工段劃分預接觸系統(tǒng)、丙烯進料冷卻系統(tǒng)、反應器壓力緩沖系統(tǒng)、200 預聚反應器系統(tǒng)、第一反應系統(tǒng)和第二反應系統(tǒng)等6個分析節(jié)點，確定的工藝與可操作性分析節(jié)點及節(jié)點功能見表 1序號分析節(jié)點節(jié)點功能圖紙?zhí)?預接觸罐系統(tǒng)CAT、TEAL、DONOR分別用其計量泵P108、P101、P1

15、04輸送,在D201的入口TEAL和DONO進入一條管線，然后經插底管進入 D201，CAT單獨用一根插底管進入預接觸罐 D201中混合，使TI4+還原為具有活性的Ti3+?；旌虾笏腿腩A聚反應器200#工段8200#工段152丙烯進料冷卻系統(tǒng)來自丙烯進料罐D302的丙烯，經丙烯過濾器F201后，在流量控制閥FRCA204的控制下進入丙烯冷卻器E201中，將丙烯冷卻到10 后，去往Z203。根據(jù)產品牌號來確定 H2的加入量，H2用來控制產品的熔融指數(shù)(MF或MI) ，來自氫壓機的5.0MPa氫氣經過濾器F202過濾后，在流量控制回路FCA201/202的控制下，分別進入201/202的丙烯中20

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

17、器被包裹起來的CAT首先進入第一環(huán)管反應器R201，然后經帶連接進入第二環(huán)管反應器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4.4 HAZOP分析及風險評估HAZOP分析小組對聚丙烯裝置聚合工段共6個分析節(jié)點進行分析，形成了工藝與可操作性分析記錄表，并針對HAZOP分析辨識出的危害場景可能對人員、設備、環(huán)境和聲譽等4個方面帶來的風險，應用風險矩陣進行了風險評估4.5 裝置穩(wěn)定性分析通過HAZOP分析以及風險評估，得出影響聚丙烯裝置聚合工段穩(wěn)定運行的核心要素如表2所示。相應的保護措施見表3表2聚丙烯裝置聚合工段穩(wěn)定運行的核心要素分析節(jié)點影響

18、本節(jié)點穩(wěn)定運行的核心要素節(jié)點一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)點二丙烯進料流量、氫氣進料流量、E201 丙烯出口溫度和丙烯進料壓力節(jié)點三D202液位和D202壓力節(jié)點四R200溫度、R200壓力和物料停留時間節(jié)點五R201溫度、R201壓力、D203液位和物料停留時間節(jié)點六R202溫度、R202壓力和物料停留時間表3影響穩(wěn)定運行的核心要素的保護措施分析節(jié)點針對裝置穩(wěn)定運行的核心要素的保護措施節(jié)點一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；D201運行溫度控制在812 ；D201運行壓力控制在

19、3. 05. 0MPa節(jié)點二丙烯進料流量、氫氣進料流量必須控制在系統(tǒng)允許的范圍之內; 丙烯出口溫度控制在10 左右；丙烯進料壓力控制在系統(tǒng)允許的范圍之內節(jié)點三D202運行液位控制在20%到60% 之間；運行壓力控制在3. 13. 5MPa之間節(jié)點四R200控制壓力 3. 3MPa、溫度小于20 ，物料停留時間4 min節(jié)點五溫度：70 ；壓力：3.3MPa；R202停留時間約1. 15 h節(jié)點六溫度：70 ；壓力：3.3MPa；R202停留時間約0.85 h5. 結論5.1 結論通過對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)定運行的核心要素，并且針對各個要素，提出了相應的保護措施。只有將各核心要素運行的參數(shù)控制在合適的范圍內，才能保證聚丙烯裝置的長期穩(wěn)定、安全運行。生產裝置大型化減低能耗和最大限度生產高性能化的產品，一直是 PP 成套技術的發(fā)展方向。因此國內聚丙烯研發(fā)機構應該在這兩個 方面重點研究，即一方面關注關鍵設備的大型化研究