乙烯装置说明与危险因素

乙烯装置说明与危险因素、防范措施一、装置简介(一)装置发展及其类型1．装置发展乙烯是石油化工的重要基础原料，乙烯装置是石油化工生产有机原料的基础，是石油化工的龙头，它的规模、产量、技术，标志着一个国家的石油化学工业的发展水平。乙烯生产装置起源于1940年，美孚公司建成了第一套以炼厂气为原料的乙烯生产装置，开创了以乙烯装置为中心的石油化工历史。50年代，德国、日本、英国、前苏联、意大利等国家相继建立了石油化工企业。1960年世界乙烯产量为2910kt，1970年为19760kt，1980年达到34020kt，1990年为56300kt，到1997年世界乙烯生产能力接近86900kt，产量达78500kt。目前世界上乙烯生产的主要技术是管式炉蒸汽热裂解和深冷分离流程。我国第一套乙烯装置是1962年兰州化学工业公司合成橡胶厂5．25kt／a的乙烯生产装置，以炼厂气为原料，采用方箱管式裂解炉，油吸收法分离，生产化学级乙烯。1962年底由我国自行建设了高桥化工厂2．0kt／a乙烯装置，1964年试车成功。70年代，我国先后从国外引进了一批技术先进、规模较大的乙烯装置，分别建成了燕山、大庆、齐鲁、扬子、金山等年产300kt／a的乙烯装置。特别是近几年来，全国乙烯行业有了飞跃性的发展，原有老装置经过配套平衡、技术改进，生产能力进一步发挥，2004年我国乙烯生产能力已达到6266kt。随乙烯工业的迅速发展，原料种类和加工工艺均有了巨大的变化。根据地域和资源的不同，原料分布从乙烷、丙烷、天然气、石脑油到柴油甚至到HAGO、HVAO和常三减一线油和虾油等。加3222艺有管式炉裂解制乙烯、甲醇制乙烯、甲烷制乙烯、催化裂解和由合成气制乙烯等方法。其中以管式炉裂解制乙烯工艺最为成熟，世界乙烯产量的99％左右均由管式炉裂解法生产。2.装置的主要类型乙烯装置主要由裂解和分离两部分组成。管式裂解法可以分为鲁姆斯裂解法、斯通—韦伯司特裂解法、凯洛格裂解法、三菱油化裂解法、福斯特—惠勒裂解法和西拉斯裂解法等。分离部分根据分离形式可以分为顺序分离法、前端脱乙烷、前端脱丙烷和渐进分离流程??典型分离流程比较见表3—1。?二、重点部位及设备从装置的平稳生产和安全角度进行分类：(一)重点部位1．裂解炉区裂解炉是乙烯装置的日常管理重点，其运行情况直接反映一个装置的负荷。包括裂解炉、燃料供应、废热回收设备、引风机、开工锅炉等。裂解炉是乙烯装置的关键设备。该设备运行的正常与否直接影响乙烯装置的物耗、能耗的高低和“安全、稳定、长周期”运行情况。该部位为明火区域，有着高温高压、易燃易爆等危险。若出现炉管堵塞、破裂等虽不至于装置停工，但影响装置负荷。2．压缩区压缩机是装置的心脏，负责裂解气的压缩或给分离系统提供冷量。因此无论压缩机本身还是其附属的油系统、蒸汽系统、密封系统故障，将直接造成装置的全面停工。并且如果由于压缩机本身部件故障，需倒空、置换，开盖检修，时间较长，影响较大。3.分离系统(1)急冷区汽油分馏塔易出现急冷油黏度大，系统循环不良，停车倒空困难，尤其是冬季，如果在黏度较高时期停车处理，需要费大量的时间，且开车困难。(2)冷区、热区精馏塔是分离系统的主体，直接影响产品质量。有碳四存在的热区各塔易出现聚合物堵塞塔盘，严重时需局部停车处理。冷区系统有严格的水含量要求，超标易水合冻堵。一旦以上情况出现或管线阀门泄漏都将造成停车，严重时可能发生火灾爆炸事故，损坏设备、电缆等(3)废碱处理系统该系统间断处理，可以随时停车，一般不致影响装置运行。但系统中存在大量的H2S等有毒物品，一旦泄漏可能造成的安全影响和社会影响较大，并且碱有强腐蚀性，此处管线、部件易腐蚀泄漏，应加以注意防范。(4)乙烯球罐区乙烯球罐是乙烯装置应重点防范的部位，?日常操作不多，但由于每个球罐均存储了大量的乙烯，且其与系统相连的阀门管线常年无法检修，所以一旦出现泄漏或其他火灾爆炸事故，则势必威胁到其他各罐，后果严重。(5)火炬系统火炬系统在乙烯及其他装置正常运行期间，排放燃烧无组织泄漏的可燃物料，达到合格排放。一旦系统故障，大量物料需要及时排放燃烧，否则将会超压泄漏至装置区内，引起更大的事故。必须保持火炬常明线长期处于燃烧状态或自动点火系统处于受控状态，否则一旦问题出现，无法控制。火炬系统属低压系统，不能憋压。排放物料时应缓慢，并应防止大量碳五进入火炬总管，以防火炬下“火雨”。应经常检查火炬总管上的集液槽液面和水封罐冷凝的油要及时回收，以防总管憋压和火炬下“火雨”。(二)重点设备乙烯装置由于流程复杂，设备量巨大，仅选取最重点的设备说明。乙烯装置的重点设备应为压缩机、加氢反应器、乙烯球罐、冷箱。此外，还有许多切断阀，这些阀门出现问题也会造成装置停车，动作失误还会引起恶性事故发生。1．压缩机乙烯装置有裂解气压缩机、丙烯压缩机、乙烯压缩机、二元制冷压缩机。(1)裂解气压缩机裂解气压缩机将裂解气升压，以达到分离各组分需要的条件。一般功率较大，采用超高压蒸汽驱动汽轮机带动压缩机，如出现故障停机，则后系统进料停止，冷区系统全面停车。系统中存在碱洗过程，一旦泄漏会有U2S泄放大气中，有爆炸的可能，还应注意防止中毒。(2)丙烯压缩机丙烯压缩机为分离系统提供基础冷剂，与乙烯压缩机、二元制冷压缩机形成复迭制冷系统。它的故障停车，将直接造成乙烯压缩机、二元制冷压缩机的停车，分离系统无冷剂，物料无法降温，系统全面停车。(3)乙烯压缩机???乙烯压缩机停车，将直接造成二元制冷压缩机的停车，分离系统缺乏—55℃以下冷剂氢气分离不好，甲烷化停工，加氢无氢气，无合格乙烯产出，停车。???(4)二元制冷压缩机???二元制冷压缩机停车，短时间低负荷下可以维持系统继续运转，保证氢气合格，系统不至于停车。如停工，则必须及时将装置负荷降至60％以下，时间过长，高压甲烷中乙烯含量严重超标，影响干燥剂的使用寿命，另外负荷过低，干燥器再生用甲烷量不足，再生效果差。???2．加氢反应器???乙烯装置中有碳二、碳三两种加氢反应器。碳二加氢反应器如果催化剂中毒失活或运行后期，将影响乙烯产品质量，大量不合格乙烯无处存放。由于加氢反应为放热反应，操作不当易造成飞温，严重时会烧坏设备、管线，发生火灾爆炸等恶性事故。碳三加氢不开，靠丙烯精馏塔精馏也可以维持产品质量，但是如果MAPD积聚量超高，则会发生爆炸事故。加氢反应器必须严格控制重烃的带人，以防结焦而使催化剂失活，要特别注意氢气的泄漏问题，氢气外漏着火火焰为淡蓝色不易被发现。???3．阀门???裂解炉的燃料、原料切断阀和各系统的加热热源控制阀、压缩机的最小流量返回阀、喷淋阀等均采用气动阀控制，在联锁动作时，要么严密切断，要么全开保护设备安全。是装置安全保护的重点设备。???4．冷箱???冷箱是多元物料的特殊换热器，各物料之间温差大，压力等级各不相同。由于干燥器则理效果不好或干燥剂粉化，水或杂物易在此处造成冻堵，系统造成停车。由于是板翅式换热器，处理困难。处理不当，物料易泄漏，一方面换热器为多台联合，存储了大量的可燃物料，另一方面由于多元物料使流程复杂，泄漏发生后不易切断，后果严重。三、危险因素分析及其防范措施乙烯装置流程长，且复杂，既有高温裂解反应，又有催化反应，高温高压、低温负压，物料大多为甲类危险品，过程中使用碱、氨等腐蚀性物质，物料中存在H2S等有毒气体，所以易发生事故。除出现物料泄漏发生着火爆炸事故外，干燥剂粉尘、水合物等易造成冷箱冻堵，热区和裂解炉还会出现结焦、聚合等堵塞事故发生。(一)开停工危险因素分析和防范措施1．开工危险因素分析和防范措施乙烯装置开工过程，装置从常温、常压逐渐升温升压或降温减压，最终达到各项正常指标。物料、公用工程等将逐步引入装置。需要经历干燥、气密、压缩机试车一点火炬、燃料气接人、裂解炉点火升温一调质油、水接人、循环、升温一丙烯、乙烯接人制冷压缩机开车、机泵预冷一裂解炉投油、裂解气压缩机开车、碱洗、冷箱降温一甲烷化开车、加氢开车等大量步骤和较长时间。物料引入、送出频繁，操作参数波动较大，人员连续作业时间长所以事故易发生。开工过程步骤紧密相连，一环扣一环，应提前作好开工方案，按部就班进行。各阶段易发生事故分析如下：(1)干燥、气密干燥、气密是装置的开工准备。此段过程时间间隔长，部分在系统引入物料后进行，低点大气排放此时不应进行，防止大量物料由于阀门关闭不严窜人处于干燥过程的系统，物料泄漏容易发生火灾爆炸事故。此类事故以前未出现，但有未遂时间，应引起重视。(2)点火炬接燃料气火炬点燃是乙烯装置正式进入开工阶段，必须保证该系统氮气置换合格，防止通人可燃气后点火爆鸣。开工初期物料排放量小，氮气排放量大，应控制氮气排放，防止吹灭火炬。(3)裂解炉点火升温裂解炉在每次点火升温前，均应炉膛置换，测爆合格方可点火。对于KTI设计的裂解炉在点火前必须进行气密实验，可以有效地防止燃料气泄漏进炉膛，点火爆鸣。而其他炉型没有此功能设计，所以多点测爆是必须的，尤其是联锁停炉后的恢复点火，如果炉膛温度低于燃料气的燃点时必须测爆。此类事故曾多次发生于国内外同类装置。另外联锁动作后切断阀门未动作或动作不严，致使裂解炉飞温烧毁炉管的事情也曾有发生。(4)接乙烯、丙烯首先必须保证该系统露点分析合格，否则低温物料接人容易出现管线、阀门冻堵。轻物料接人时节流降温，会使系统材料处在低于正常使用温度以下，严重时发生冷脆，物料将大面积泄漏发生火灾爆炸等事故。接人轻组分物料，尤其是接人液相时，必须保证系统事先气相充压完毕。(5)压缩机暖机升速蒸汽暖管、暖机应充分排凝，防止水锤。暖机不合格时如果升速会因叶轮温度不均匀而压缩机振动超过标准，甚至毁坏叶轮。升速过程应尽量避免在临界区域停留，压缩机喘振是该段过程中容易出现的最大问题。喘振不仅会损坏压缩机本身，而且容易使系统内管线焊口、法兰撕裂，发生物料泄漏，延误开工甚至着火爆炸。目前调速控制基本上都预设临界区域的升速速率，解决了人为升速过程可能发生的问题。(6)裂解炉投油裂解炉由热备转入投料，此过程需将蒸汽切人汽油分馏塔，切换过程操作不当，将使裂解气或塔内汽油蒸汽窜出，进人大气，既造成污染又可能着火。(7)机泵预冷、乙烯出料由于开工需要乙烯，填充乙烯精馏塔、给压缩机开车提供密封气，所以乙烯出料提前投用，出料泵预冷时间或盘车不充分，则预冷不均匀，机泵密封易泄漏。乙烯在丙烯压缩机开车前的汽化必须由低压蒸汽完成，一侧是2000℃的低压蒸汽，一侧是—30℃的液体乙烯，温差大，换热器封头泄漏严重。遇火则蔓延，在冷区将酿成大祸。2002年上海某厂就是由于堵漏时引燃乙烯出料换热器而出现重大停工火险。(8)裂解气送冷箱碱洗合格后，裂解气逐级降温进入冷箱。由于乙烯压缩机吸人罐为热虹吸式，切入时操作不当，乙烯压缩机出口压力控制不住，将联锁停车。综合上述分析，开工防范措施见表3—7。?2．停工时危险分析与防范措施???装置停工是装置由正常操作状态逐渐降温、降压、降量的过程，其操作参数变化较大属于不稳定操作，操作不当会造成设备损坏、着火爆炸，因此应重点注意。???(1)裂解炉切出汽油分馏塔前吹扫干净，防止原料油、急冷油排人大气。同时切出操作必须保证裂解气大阀阀前压力高于阀后0.05Mh，否则裂解气反窜，排至大气引发火灾。?(2)汽油分馏塔等热油系统蒸煮、水洗过程，由于温度从较高点迅速降下，补人适量的氮气是有益的，可以防止系统出现负压，损坏设备。蒸煮可以将残存在填料层中的聚合物清洗干净，这些低聚物自燃点较低，燃烧时热值较高，不易扑灭。曾经有打开入孔后自聚物燃将塔烧塌的事故案例发生，事故中1人死亡。(3)碱洗塔在倒空后也进行蒸煮，不但除去其中的聚合物、碱，还除去残存在塔内的H2S，进人检修以前；除分析氧气含量、可燃气含量以外，同时分析H2S含量。1992年某乙烯装置曾在检修后期出现碱洗塔清理过程中人员中毒事故。(4)系统倒空时，先倒液后泄压，防止泄压过程中液体物料挥发造成设备处于设计外低温，发生脆裂事故。排放火炬时应先排放轻物料，后排重物料。可以避免轻物料排放时低温冻结重物料。(5)冷区倒空置换过程应注意