ПОЛИЭТИЛЕН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОИЗВОДСТВ ПЭВД

Производства ПЭВД обладают повышенной степенью опасности, что обусловлено особенностями технологии и аппаратурного оформления процесса. Использование взрыво - и пожароопасного сырья (этилен,

Пероксиды), высокого давлений и высоких температур требует приме­нения специальных мер защиты с целью обеспечения безопасной эксплуа­тации установок.

Рассмотрим наиболее значимые и специфичные факторы потенциаль­ной опасности на разных стадиях технологического процесса и техничес­кие решения, применяемые в зарубежной и отечественной промышленно­сти для обеспечения безопасности производства ПЭВД.

Компримирование этилена. Наиболее опасным участком производ­ства ПЭВД является узел компримирования, где на оборудование и си­стемы газопроводов одновременно воздействуют высокое давление и вибрационные нагрузки. Вибрация газопроводов и аппаратов вызывается двумя причинами: пульсацией газового потока при использовании порш­невых компрессоров, а также собственными механическими колебания­ми системы аппаратов и трубопроводов, обусловленными возвратно - поступательным движением больших инерционных масс.

Причинами аварийных ситуаций, которые имели место на компрес­сорных установках, в большинстве случаев являлись именно вибрацион­ные нагрузки, приводящие к таким явлениям, как усталостное разруше­ние металла, особенно в местах концентрации напряжений, разуплотнение разъемных соединений и разрушение опорных конструкций аппаратов и трубопроводов [18].

При проектировании газопроводных систем особое внимание уделяет­ся мероприятиям, направленным на уменьшение колебаний давления. Это ; достигается устранением колебаний путем подбора оптимальных разме­ров злгментов газопроводных систем, установкой буферных емкостей — гасителей пульсации, а также правильным выбором гидродинамических характеристик клапанов компрессора и профиля газовых каналов.

Надежность и безопасность газопроводных систем в значительной, мере зависит от правильности расчета и рациональности конструкции трубопроводов: размеров и расположения арматуры, способов креплр ния и т. д. Учитывая сложность таких расчетов, их проводят по специаль ным программам с использованием ЭВМ [19].

Одним из важных вопросов обеспечения безопасности является за­щита компрессоров от перегрузок и поломок, поэтому в производствах ПЭВД помимо обычных блокировок используются специальные системы защиты при механических неисправностях, такие, как система тепловой защиты механизма движения, система контроля положения поршней механизма гидропередачи компрессора и т. д.

Полимеризация и разделение этилена и полиэтилена. Эти узлы, наря­ду с компрессией, относятся к наиболее потенциально опасным участкам производства ПЭВД. Опасность здесь обусловлена тем, что на основное оборудование (реактор, отделитель промежуточного давления) одновре­менно воздействуют внутреннее давление и высокая температура. Эти нагрузки усугубляются при работе с пульсацией давления на некоторых

Установках для улучшения условий теплопередачи. Другой фактор по­тенциальной опасности — проведение полимеризации при температурах, близких к области термического разложения этилена. Поэтому отклоне­ния от нормального режима эксплуатации, вызванные технологическими причинами или неисправностями оборудования, могут приводить к ло­кальным перегревам реакционной массы и, как следствие, к спонтанно­му возрастанию температуры и давления в аппаратах. Установки ПЭВД оборудуются системами аварийной защиты, которые срабатывают при нарушении нормального хода технологического процесса. Причинами срабатывания аварийных защитных программ являются: подъем давле­ния в реакторе выше определенного уровня, превышение температуры выше заданной в любой точке реактора, остановка компрессора реакци­онного давления, превышение давления или температуры в отделителе промежуточного давления. При возникновении любой причины аварий­ной ситуации реактор и отделитель отсекаются на входе и на выходе специальными клапанами от остальных частей установки, а реакционная масса из зтих аппаратов через аварийные сбрасывающие клапаны выбра­сывается в атмосферу, факельную систему или закрытую систему сброса газов. Задачей автоматической системы аварийной защиты является уп­равление отсечными и сбрасывающими клапанами, а также остановка компрессоров и прекращение подачи инициатора. Установки ПЭВД име­ют наряду с аварийными программами еще и так называемую дремлю­щую программу, при действии которой происходит прекращение реак­ции полимеризации без выброса реакционной массы из реактора через аварийные сбросные клапаны. Следствием этой программы является снижение давления в реакторе до определенного значения, прекращение подачи инициатора, т. е. прекращение процесса полимеризации.

На установках с автоклавными реакторами распространение разло­жения по всему объему реактора происходит с высокой скоростью. Сбросные аварийные клапаны не успевают срабатывать и поэтому не ис­пользуются. Вместо них реакторы снабжены разрывными мембранами, через которые выбрасывается реакционная масса.

Одной из наиболее сложных проблем безопасности производств ПЭВД является локализация аварийных сбросов с целью ограничения их опасных последствий. Различают две разновидности аварийных сбро­сов. В первом Случае сбросы осуществляются в отсутствие разложения, при этом газообразные продукты выброса представляют собой этилен с температурой 260—320 С. Вторая разновидность, наиболее опасная, характеризуется тем, что выбросу предшествует термическое разложение этилена. В зависимости от глубины распада этилена (реакции термичес - кого разложения приведены в гл. 4) меняется состав, давление и темпера­тура продуктов разложения, которая может достичь в предельном случае 1500 °С. Глубина разложения определяется параметрами среды в момент начала разложения, а также конструкцией аппаратов и характеристиками защитных систем, т. е. их быстродействием и пропускной способностью. В трубчатых реакторах, в отличие от автоклавных, разложения, как пра­вило, развиваются на ограниченном участке и не охватывают всего объ­ема реактора.

Локализация аварийных сбросов осуществляется отводом их в фа­кельную систему, в атмосферу или в закрытую систему сбросов. Первые два способа обладают определенными недостатками. Создание факель­ных систем, представляющих сложные инженерные сооружения, сопря­жено с рядом трудностей, обусловленных недостаточной теоретической и экспериментальной разработкой, отсутствием надежных методов рас­чета процессов и определения размеров ряда основных элементов фа­кельной системы [20]. Для установок ПЭВД положение усугубляется тем, что при аварийных сбросах в факельную систему наряду с газами выносится полимер, который оседает в сепараторах и трубопроводах, вызывая необходимость их периодической чистки, что является весьма трудоемкой и небезопасной операцией.

При отводе выбросов в атмосферу происходит загрязнение ее про­дуктами сброса, а кроме того имеется опасность вторичного взрыва в атмосфере. Опыт эксплуатации отечественных и зарубежных установок ПЭВД показывает, что в случаях, когда не принимаются специальные защитные меры, около 20% разложений в реакторах сопровождается вторичными взрывами в атмосфере, могущими вызывать различные разрушения.

Специальные меры, направленные на уменьшение возможности -вторичных взрывов в атмосфере,, предусматривают снижение темпера­туры сбрасываемых взрывоопасных газов и разбавление их инертной средой, а также создание оптимального гидродинамического режима сброса. Снижение температуры достигается впрыском воды в выхлопные трубы в момент аварийного сброса. Преимуществом использования во­ды является высокая теплота испарения, инертность по отношению к продуктам сброса и большой удельный объем водяного пара. Опти­мальный гидродинамический режим должен обеспечивать безопасную высоту эвакуации сбросов, определяемую из условий расположения в прилегающей зоне других источников выбросов и источников откры­того огня.

Более совершенным методом локализации аварийных сбросов является их отвод в закрытую систему сбросов (ЗСС). Эта система служит для безопасного сбора и промежуточного накопления сбросных газов с последующей утилизацией этилена и, только в редких аварийных случаях, сжигания в факельной системе. В ЗСС направляются газы при аварийных сбросах, происходящих без разложения, а также сбросы га­зов при остановке производства.

Первичная грануляция и конфекционирование. Потенциальную опас­ность представляет наличие в расплавленном полиэтилене, поступающем на грануляцию и последующую обработку, остаточного этилена, концен­трация которого может достигать 0,2 %, а также полиэтиленовой пыли. Взрывоопасная полиэтиленовая пыль образуется в результате истирания гранул в системе пневмотранспорта и оседает на стенках и в застойных зонах аппаратов и трубопроводов.

Источниками воспламенения могут служить искрения механическо­го происхождения и электростатические заряды, обусловленные электро­физическими свойствами полиэтилена.

Для удаления остаточного этилена, который выделяется из гранул полиэтилена, практикуется продувка аппаратов установки конфекцио - нирования (смесителей, анализных, товарных бункеров) воздухом, од­нако это требует создания специальных весьма громоздких вентиляцион­ных систем. Кроме того, при больших объемах смесителей и бункеров обеспечение равномерной продувки полиэтилена во всем объеме аппара­та представляет определенные трудности.

Для уменьшения содержания остаточного этилена в грануляте экст- рудеры первичной грануляции иногда оснащают специальными устрой­ствами для вакуумирования расплава. Описан способ отгонки остаточно­го этилена с водяным паром, подаваемым в цилиндр экструдера [16].

Что касается пылеобразования, то предохранительные меры ограни­чиваются в основном защитой от статического электричества путем за­земления аппаратов и трубопроводов и в некоторых случаях увлажне­нием транспортирующего воздуха.