1、理工學院畢 業 論 文學生姓名： 陳帥 學 號： 11L0404203 專 業： 安全工程 題 目： 聚乙烯生產系統粉塵爆炸危險 性因素分析與安全對策措施 指導教師： 董文庚（教授） 評閱教師： 冉海潮（教授） 2015 年 6 月 河北科技大學理工學院畢業設計（論文）成績評定表姓 名陳帥學 號11L0404203成 績專 業安全工程題 目聚乙烯生產系統粉塵爆炸危險性因素分與預防措施指導教師評語及成績 指導教師： 年 月 日評閱教師評語及成績 評閱教師： 年 月 日答辯小組評語及成績答辯小組組長： 年 月 日答辯委員會意見 答辯委員會主任： 年 月 日 注：該表一式兩份，一份歸檔，一份裝入學生

2、畢業設計說明書（論文）中。畢 業 設 論 文 中 文 摘 要本文從近年來國內外高密度聚乙烯（HDPE)生產的發展趨勢以及安全現狀方面出發，論述了對高密度聚乙烯生產進行火災爆炸危險性分析評價的必要性，并對危險性分析評價方法進行了概述，介紹了高密度聚乙烯的生產工藝，分析了工藝過程物料、溶劑、催化劑及產品的火災爆炸危險性，討論了生產過程中可能的火災爆炸事故類型以聚乙烯輸送系統為研究對象，從不同角度系統地分析了輸送系統的危險性。應用事故樹分析法（EFTA)剖析了引起各種類型火災爆炸事故的原因，通過計算每個基本原因事件的結構重要度，確定出對火災爆炸事故發生起決定作用的原因事件，作為制定預防措施的重要參考

3、。關鍵詞 高密度聚乙烯 生產工藝 危險性因素 靜電 事故樹分析本 科 畢 業 論 文 第 24 頁 共 27 頁畢 業 論 文 外 文 摘 要Title The risk factor analysis and safety measures About the dust explosion of polyethylene production AbstractIn this thesis, from the point of the development tendency and safe situation of the domestic and international high-d

4、ensity polyethylene (HDPE) production in recent years, the necessity that carries out analysis and assessment of fire explosion risk for high-density polyethylene production has been investigated. And the risk analysis and assessment technique have been summarized.The production technology of high-d

5、ensity polyethylene has been introduced, the fire explosion hazard of the technology stock, solvent, catalyst and product have been analyzed, the possible fire explosion accident type in production process have been discussed, fault tree analysis(FTA) method has been used to analyze the reason of va

6、rious type fire explosion accident. The crucial reason for fire explosion important degree accident has been determined through calculating the structural of every basic reason incident, which is the important reference of established precautionary measures.Key Words high-density polyethylene risk a

7、nalysis static safety assessment1 引言 隨著我國經濟的快速發展，我國的工業也取得了空間的發展，從一個落后的工業國家發展到較發達的工業國家。聚乙烯作為工業發展不可或缺的一部分，其生產量和生產工藝也取得了很大的進步。聚乙烯英文名為Polyethylene，簡稱PE。目前，世界聚烯烴聚合物產量有45000萬噸，其中聚乙烯占70%，而占總塑料產量的45%以上，為最大的通用塑品之一。按照生產技術開發順序主要可分為: 高壓聚乙烯，也稱低密度聚乙烯(HP-LDPE )，低壓聚乙烯，也稱高密度聚乙烯(HDPE )，線型低密度聚乙烯(LLDPE )1。改革開放初期我國聚乙烯的生

8、產水平較低，生產的聚乙烯不能滿足本國的需求，所以改進生產技術，增加聚乙烯的產量提高質量，應該成為我國發展石油化工產業的第一要務。二十一世紀初期，我國所需求的進口聚乙烯的量還是非常巨大的，本國的生產水平還是相對較低，不能滿足自身的需求量，接近一半的聚乙烯需求量還仍需要進口。隨著世界經濟的快速發展，在世界范圍內的聚乙烯生產能力也得到了大幅提升，已有20世紀70年代的5萬噸/年擴大到1500萬噸/年的規模。在世界范圍內聚乙烯的生產還主要集中在幾個地區和國家范圍內，仍有大部分地區和國家還沒有長或比較完善的聚乙烯生產工藝，在較為發達和富裕的國家中，他們已經掌握了最新最完善的生產工藝，使得他們生產技術達到

9、了很高的境界，然而他們的產量和質量同樣也優于他國。與此同時，其他國家也在不斷的改進自己的生產工藝，而在亞太地區則處于快速增長時期，并且聚乙烯的生產能力已超過歐美國家。我國現處于工業化、城鎮化快速發展的階段，對于聚乙烯的需求量巨大，并且存在著巨大潛力。聚乙烯生產過程中涉及的物料絕大多數具有危險性，因聚乙烯生產過程要求嚴格，生產工藝較為復雜多為高溫高壓的生產條件，導致聚乙烯生產系統危險性因素較多，潛在的危險性因素較多，易發生粉塵燃爆事故。若發生爆炸事故，在爆炸范圍內的工藝設備，人員將會受到嚴重損害，造成巨大的經濟損失。因此，對聚乙烯生產系統的危險性因素分析及預防是很有必要的。密度在0.96g/cm

10、3以上、聚合壓力在1.9MPa以下的聚乙烯為高密度聚乙烯。生產過程中，聚乙烯所涉及的的物料為乙烯、丙烯、丁烯-1、氫氣與空氣2混合的爆炸極限較寬，三乙基鋁作為催化劑是一種見空氣易自然的物料，遇水會激烈燃燒而發生爆炸，可燃性液體已烷的閃點較低，聚乙烯作為一種可燃性顆粒在生產運輸過程中容易產生靜電導致粉塵爆炸的發生。由于在聚乙烯生產過程中含有的催化劑、工藝物料、及產品大多數是能夠燃燒并且在達到一定程度后發生爆炸的物質。因此需要我們在注重生產效率和質量的同時要注意生產過程中的危險性因素記憶預防以免發生危險。1.1 聚乙烯的物性聚乙烯是一種柔而韌，密度較小，沒有臭味，非毒，猶如蠟，耐低溫性能良好的白色

11、蠟狀半透明的材料3。擁有良好的化學性能，對大多數的酸堿腐蝕有良好的抵抗性能，靜電的損耗和儲蓄性能良好，容易燃燒且離火源后能夠繼續燃燒。聚乙烯吸收水能力較低，而且水分的很難流通聚乙烯體內，但是聚乙烯內能夠通過含有有機物成分的水蒸氣并且易于吸收這種水分。在一般條件的溫度情況下很難和其他的溶液相混合，如果是在不低于68就能夠和較少含量乙酸戊酷、甲苯、三氯乙烯等溶劑相混合他們之間是不想排斥的3。如果聚乙烯出現了結晶的情況時并且是不管升高的就會讓其透光的能力就會出現走低的趨勢，在某種固定的情況下聚乙烯的結晶程度也會維持在一定水平，然而其有明度的情況與分子組成成分有關分子組成不同其分子量也會出現不同情況。

12、1.2 聚乙烯的用途聚乙烯在薄膜、容器、管道、單絲、電線電纜、日用品的制造過程中有很廣泛的用途，并且可以作為電視、雷達等的高頻絕緣材料。因高壓聚乙烯和低壓聚乙烯自身的結構特性有所不同，所以在他們的用途中也有差別。1.3 聚乙烯的類別1.3.1 低密度聚乙烯低密度聚乙烯（LDPE）的成分包括幾種物理和化學性質不相同的共聚物、三聚物和乙烯均聚物。如果均聚物中包括有支鏈的分子結構是通常我們會稱其為高壓低密度聚乙烯（HP-LDPE），在一般的工藝過程因為壓力水平較高所以我們通常使用的反應釜的壓力比較高還有一種就是采用管式法進行生產。通常情況下生產過程中所使用的自由基引發劑包括過苯甲酸叔丁酯、過氧特戊酸

13、叔丁酯、十二酰過氧化物和過氧醋酸丁叔酯等幾種成分4。1.3.2 線性低密度聚乙烯線性低密度聚乙烯是聚乙烯的第大三類產品，是乙烯和少量比較重的烯烴，像乙烯-1、辛烯-1和丁烯-1等在催化劑作用下，經過高壓和低壓聚合的共聚物。聚合物的性質根據其所用的共聚單體的性質不同而不同。通常情況下LLDPE的分子結構以其線性的主鏈為特征的，僅有為數不多的長支鏈，在其中還有包含一些較短的支鏈，沒有長支鏈使聚合物的結晶性較高。1.3.3 高密度聚乙烯高密度聚乙烯（HDPE）是結晶度水平比較高并且不是極性材料的具有熱塑性能的樹脂。其熔點為131，相對密度范圍為0.9420.959，介電能力良好，沒有氣味、顏色和味道

14、的物質4。它的耐熱性和耐寒性表現良好，化學穩定性也比較好，機械強度較好。因其性能優良而且原料來源廣泛豐富得到廣泛的應用，其應用的領域包括電線、電纜、管道和包裝等不同領域。2 聚乙烯生產工藝2.1 低密度聚乙烯的兩種生產工藝采用高壓釜的方法制造出的聚乙烯，其生產制造的過程中用到的聚乙烯分子成分中長支鏈所占比例較大，可以更方便的進行加工，這些都是高壓釜法生產聚乙烯較為突出重要的部分，生產出的成品可用在涂層、擠出和較高強度重負荷薄膜的生產。因為如果采用這種方法制得HP-LDPE，乙烯會在生產過程中發生聚合，此過程將會劇烈的放熱。在高壓釜的反應過程中乙烯的單程的停留的時間大約為30秒，單程的轉化效率為

15、18。通常情況下一臺反應釜只使用一種引發劑，如果只多個釜串聯使用，就可以在不同的釜內采用不一樣的引發劑。采用管式法生產的聚乙烯，長支鏈的數量比釜式法生產的少，適合用于透明包裝膜的生產。因為在HP-LDPE的生產中，乙烯的聚合反應為自由基聚合的強放熱反應。在管式法的反應過程中乙烯典型的單程的停留的時間大約為45秒，單程的轉化效率為25。其中在不同的管長內可以采用不同的引發劑。2.2 線性低密度聚乙烯生產工藝氣相LLDPE生產工藝被研發并應用于工業生產以前，要想得到聚乙烯通常會使用壓力強度很大的生產工藝還可以使用淤漿法進行生產。氣相LLDPE生產工藝的最大特點就是能夠從開始反應到結束的整個過程中使

16、用相同的反應器不改變并得到幾乎所有含量的PE產品，可以更便捷地面對大眾需求。其采用配位催化劑放棄使用自由基引發劑，或者選取了所占資金比較小的低壓氣相聚合法。2.3 高密度聚乙烯生產工藝高密度聚乙烯的生產方法分為三種形式，分別為氣相工藝、溶液工藝和淤漿工藝6。氣相工藝是一種通過流化床反應器（Union Carbide工藝或BP工藝）生產或者通過攪拌反應器進行生產的，這種方法是將乙烯經過聚合反應直接聚合為固體聚合物的顆粒。淤漿工藝的生產過程包括四種反應器形式為：采用兩段反應工藝的攪拌反應器、攪拌反應器、使用異丁烷作為稀釋劑的連環形的反應器。而溶液法工藝則是聚合被溶解在反應溶劑的中的乙烯為溶于溶劑中

17、的聚合物。這種方法所用的反應器可分為：中壓反應器、低壓冷卻反應器和低壓絕熱反應器三種形式。2.4 溶液聚合法生產聚乙烯工藝2.4.1 生產工藝流程 生產工藝流程圖如圖12.4.2 聚合法生產工藝分析在此工藝中生產聚乙烯以三乙基鋁和四氟化鈦的絡合物為催化劑，然而這種催化劑的特性為遇到空氣就會發生燃燒、遇水則會發生爆炸。所以在生產過程中應該用氮氣密封或者將其浸沒在純汽油中，不能在其制造、絡合、使用、復活、殘渣處理的過程中與空氣和水接觸，應該定期性的檢查容器的密封狀況是否良好，如發現損壞應當及時處理。在高密度聚乙烯生產過程中需要使用的催化劑為絡合有機金屬催化劑。在已烷中，通過三乙基鋁和四氟化鈦溶液的

18、混合反應得到絡合催化劑。三乙基鋁是一種化學活性很高的物質，如接觸到空氣后會發生自然，接觸到水后會強烈分解，釋放出易燃的烷烴氣體，發生爆炸，屬于極易發生火災爆炸的危險品。催化劑在生產過程中會因摩擦而產生靜電火花引起燃燒，因此在閥孔、縫隙等處不能有催化劑的出現。如果帶壓的聚合釜如果出現異常狀況像法蘭處有泄漏發生，則需要停車經行維修。乙烯如果在活化塔、脫水塔和吸收塔出現時需要將其中含有的微量成分氧、一氧化碳、水和乙炔。為了防止氧與乙烯形成爆炸性混合物，需要將投料前的塔用高純氮或經常加熱洗凈。要確保聚合釜內的氧氣含量在0.02%以下，需要在投放原料之間，將聚合釜內的氣體用高純氮進行轉化，而且所投的原料

19、溶劑不能超過聚合釜容積的76%85%。在發生聚合反應的過程中，為了更好的保證冷卻和連續攪拌，防止局部爆聚的發生需要在生產的整個過程中嚴格控制溫度、壓力和時間的準確性。在出料后，為了保持其釜內正壓防止空氣倒吸進入釜內，釜內要及時充入氮氣。清洗反應釜的過程中，為了防止汽油與釜壁摩擦的發生從而造成產生靜電的機會，不能加入過多的汽油，同時應該控制汽油的流速在3.6m/s以下，應該將汽油沿壁流下不得從釜頂噴射入釜5。該工序采用的沉降式離心機，為避免靜電積累產生燃燒現象應該適當的控制出料的速度。與此同時，要防止汽油落在傳送帶上避免高速摩擦發熱出現燃燒現象。生產經過一段時間后，管道內壁會有聚乙烯粘結現象，使

20、得在長時間的高溫情況下發生分解和釋放出可燃易燃的物質。聚乙烯在高速傳送的情況下會產生靜電現象，因此要經常清洗管道，控制聚乙烯粉料的流動速度，嚴把管內的溫度在120以下，管內各個重要部位應設置蒸汽噴嘴，一旦發生起火現象及時補救。高密度聚乙烯成品呈現出粉狀或粒狀，通常會經過干燥口從管道直接進入包裝袋內。在裝料的過程中應該降低粉料的降落高度，從而避免粉料的高速流動產生靜電。如果在包裝場所可以適當的增加濕度，那樣可以更好的預防事故的發生。擠出或者造粒機一般使用電熱絲進行加熱，所以應該在房間內安裝報警裝置防止乙烯和汽油蒸汽濃度過高，此過程也應在安裝排風裝置的密閉空間內進行。高密度聚乙烯生產過程中重點控制

21、的對象：壓力的大小、聚合釜溫度的高低、冷卻水流量、引發劑加入速度的大小和可燃氣體逸散。如果突發上述情況發生，將會導致火災、爆炸等惡性事故的發生。2.5 聚乙烯生產過程中危險成因分析（1）在高密度聚乙烯生產過程中，因其反應時的壓力高，反應速度快，容易分解的原因。管式高壓法制乙烯反應的條件為壓力250MPa300 MPa 下進行，溫度應該保持在280295 。在反應過程中，如果超出了反應范圍內的溫度和壓力，將會出現異常情況，乙烯會分解成為碳、甲烷、氫氣等成分。發生分解時所產生的熱量可以使得分解過程更加劇烈導致爆炸的發生。（2）高壓反應的設備和管道容易發生泄漏的情況，泄漏到空氣中時形成乙烯與空氣的混

22、合氣體，如果遇到熱或火源將會燃燒或發生爆炸。如果接觸到工作人員，還會發生中毒現象。（3）發生聚合反應時會放出分多熱量，反應過程速度很快而且不穩定。乙烯發生反應時效率如果增加十分之一會使參與反應物的溫度增加約14，一旦反應產生的熱量大量積累，如果物料的溫度上升到349以上時，高壓下反應的乙烯將會發生爆炸性的分解6。經過二次壓縮的乙烯氣體將會輸入聚合釜中，聚合釜內溫度很高將達到260，壓力達到250MPa，在這種情況下聚合釜內存在著非常大的物理爆炸性危險。如果加入引發劑后，自由基聚合反應，這種情況下如果加入引發劑的速度過快，導致短時間內生成大量的具有活性的中間體，最終會導致爆聚合，放空管線將會被堵

23、塞，同時溫度也會在短時間內快速上升，反應斧內的壓力就也會快速上升，以上的情況將會導致物理爆炸發生，若聚合釜爆炸發生，將會有大量的可燃性氣體外泄，最終會到時嚴重的爆炸事故發生。如果聚合反應完成，會進入冷卻器張，聚乙烯和一部分沒有反應的乙烯氣體發生分離，此時的壓力較大，潛在存在一些物理爆炸的可能。此外，乙烯氣體在高壓分離器和低壓分離器中都會存在，很容易發生乙烯的泄露，一旦發生泄漏狀況，極易引起火災爆炸或火災事故的發生。（4）由于聚乙烯生產過程中的高溫高壓狀態，乙烯受到其影響可能在管道或壓縮設備中發生聚合或分解，最終將最導致設配發生脹裂。與此同時，聚乙烯在輸送過程中，由于聚乙烯顆粒與設備的摩擦將會產

24、生靜電現象，將會導致局部的爆炸和燃燒。（5）聚乙烯的生產過程中所使用的調節劑、引發劑、催化劑和其它助劑都是易燃易爆危險品，都是潛在的危險源。2.6 原料和溶劑火災爆炸危險性分析原料和溶劑的危險性分析如表1所示表1 原料溶劑的危險性分析原料特性丙烯已烷乙烯丙烯丁烯-1氫氣在本生產中的用途共聚單體溶劑主聚單體共聚單體共聚單體分子量調節劑常壓沸點（）-47.668.6-103.8-47.6-6.3-252.7閃電（）-107-25.5-136-108-80<-50爆炸下限（V%）1.01.22.71.01.64.1爆炸上限（V%）15.06.936.015.010.074.1引燃溫度45424

25、4425455385400最小點火能0.2820.250.0950.282無資料0.018最大爆炸壓力0.8430.8500.8430.720燃燒熱20494159.11409.620482538.8241.0臨界溫度91.8234.89.291.9146.3240臨界壓力4.623.095.044.614.021.30相對密度（空氣）1.482.970.971.481.930.07火災爆炸危險性容易燃燒，遇到空氣是形成爆炸混合物。如果遇到點火源，熱量較高的物質后危險性大大增加。其密度較大，容易在低空范圍內引起危險。容易燃燒，其蒸汽與空氣混合后形成爆炸性混合物。如果遇到點火源，熱量較高的物質后

26、危險性大大增加。其密度較大，容易在低空范圍內引起危險。因其易燃，與空氣混合在一起易形成爆炸混合物。在遇到熱量很高的氣體或點火源時危險性大大增加。容易燃燒，其蒸汽與空氣混合后形成爆炸性混合物。與明火，高熱后易發生燃燒爆炸。其密度比空氣大，在低空范圍漂浮距離較大，遇火引起回燃。容易燃燒，其蒸汽與空氣混合后形成爆炸性混合物。如果遇到點火源，熱量較高的物質后危險性大大增加。其密度較大，容易在低空范圍內引起危險。如與空氣混合形成爆炸混合物，在遇到熱量很高的物質或或點火源時危險性大大增加。通過表格我們知道，因為乙烯、氫氣、丙烯的爆炸范圍都比較大，且爆炸危險度都高于已烷，以上描述的的物質因其易燃易爆，爆炸威

27、力巨大，使得聚乙烯再生產過程中存在著很大的威脅。高密度聚乙烯生產的原料的特點為： (a)在常壓下以氣體的形式存在，并且燃燒爆炸危險性較高。(b)因氫氣、乙烯有較寬的爆炸范圍，所以使其爆炸濃度區間得到大幅擴張。(c)因其爆炸下限不高，所以一旦泄漏形就會很容易發生爆炸。(d)因其爆炸壓力比較大，所以其在火災爆炸中的破壞能力很強。(e)因其點火能很小，在靜電或其他能量很低就能夠將其引燃。聚乙烯的生產過程中乙烯是重要組成部分，有機過氧化物可以促使其生產。乙烯容易燃燒，并且發生爆炸的可能性比較大。因為乙烯的爆炸可能性高于一般水平，所以在其工藝生產過程中乙烯一旦進入空氣中，就會和空氣形成爆炸性混合氣體，只

28、要遇到火源將會導致危險爆炸事故的發生7。還有，生產過程的壓力和溫度水平比較高，乙烯會發生分解生成甲烷和氫氣等混合性氣體，這將成為一種新的火災爆炸危險源。3 粉塵爆炸3.1 聚乙烯生產單元危險性物質分布主要包括易燃易爆的烴類物質和爆炸性粉塵危險有害物質分類表2 危害物質分類序號分布單元危險有害物質名稱危險性描述1原料精制乙烯、已稀、氫氣、氮氣、1-丁烯引起窒息，易燃爆2脫氣系統CAT、粉料和殘余烴類塵暴、閃爆3催化劑預聚物已烷、乙烯、氫氣、三乙基鋁引起窒息、易燃爆、有毒4擠壓造粒粉粒、粉料靜電5聚合反應氮氣、戊烷、氫氣、1-丁烯引起窒息，易燃爆通過表中的數據我么可以得出，在烴類氣體中乙烷、乙烯。

29、1-丁烯和氫氣2都屬于甲類容易燃燒氣體，最小點火能特別小，而且他們的爆炸下限也非常低。當聚乙烯粉塵受熱后會分解出容易燃燒的氣體，這種氣體會與空氣混合形成爆炸性混合物，這種混合物具有爆炸性的危險。3.2 高密度聚乙烯粉末火災爆炸危險性在生產樹脂的過程中，聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等聚烯烴粉體都屬于危險的爆炸性粉塵，以上成分中聚乙烯粉塵爆炸的危險性最大，如表3。表3 爆炸性粉塵危險性分析粉塵名稱最小引燃能量(J)自燃點()爆炸下限(g/m3)聚丙烯0.02440520聚苯乙烯0.0154882736聚氯乙烯0.060>581100聚乙烯0.01040020 通過表格中的數據我們可以得

30、到，聚乙烯的自然點最低，引燃所需能量是最小的，其爆炸的下限濃度較低，因此聚乙烯粉塵是上面幾種聚烯烴粉塵類中最危險的。因為粉塵粒徑比較小，使得其爆炸的危險性比較大，爆炸危險大的原因是粉塵爆炸是從粒子著火開始的，著火性能與粉塵的濃度成正比。如果粉塵濃度相同，粒徑大的粒子構成的粉塵云的比面積，比粒徑小的粒子構成的粉塵云小，如果在一定的固定空間內粒子發生熱反應空間同樣會增大，使得爆炸的機會增大。聚乙烯粉塵類中，低密度聚乙烯比高密度聚乙烯粒徑大，因此高密度聚乙烯粉塵更危險，需要我們在聚乙烯生產過程中更加重視8。3.3 可燃烴類分析 在空氣中可燃性粉塵與空氣形成混合物可以發生爆炸，然而聚乙烯的運輸就是在空

31、氣中運輸的，這樣就會使生產系統中存在的少量粉塵和烴類與空氣混合，如果在輸送過程中聚乙烯粉塵和空氣混合后濃度達到爆炸極限，如果在這個過程中遇到點火源就會發生發生爆炸事故。如果聚乙烯粉塵輸送系統中有大量的烴類物質進入，就會是聚乙烯粉塵的最小點火能量快速降低，也會致使其爆炸的下限下降8，這些因素最終會使發生火災或爆炸的可能性大大增加。圖2為PVC與可燃氣體同時存在時可燃氣體對PVC粉塵爆炸下限的的影響。圖3為標準的聚乙烯粉塵的最小點火能量和乙烯濃度之間的關系，并說明了如果乙烯氣體的質量分數低于爆炸下限的十分之一時，則乙烯對粉塵的最小點火能涼的影響比較低。作為一種介質乙烯在管道中運輸時，由于摩擦的作用

32、將會產生靜電現象，由于靜電聚集所釋放出的能量能夠將乙烯點燃，乙烯氣體容易在法蘭連接處發生泄漏，一旦發生泄漏乙烯作為可燃氣體如果遇到靜電，將會引起火災或者化學爆炸。同時，運輸乙烯的管道壓力較大，一旦出現異常狀況，超過了管道所承受的壓力范圍，將會發生物理爆炸。如果乙烯進入一次壓縮機，會使得壓縮后的溫度和壓力同時升高，如果超出了可控范圍，物理爆炸、化學爆炸和火災的危險性也將提升。接下來將會進入二次壓縮機，隨著氣體的壓力會持續提高，導致乙烯的溫度和壓力再次提升，最終會導致物理爆炸、化學爆炸和火災的風險性進一步增加。要深入的了解裝置中的溶質和原料的危險程度，需將他們進行危險程度的計算如下公式（爆炸危險度

33、=（爆炸上限爆炸下限）/爆炸下限）如果粉塵與可燃性氣體同時存在時，計算粉塵最小點火能量按照如下公式進行計算： (1)式中： 雜混合物最小點火能 可燃粉塵最小點火能 可燃氣體最小點火能 C雜混合物中的可燃氣體濃度 Copt可燃氣體爆炸下限濃度其他方面，如果粉塵與可燃烴類物質同時存在時，這樣可燃烴類氣體的存在會大大增加粉塵爆炸的危險性，就是說如果增加最大的爆炸的壓力和最大壓力上升速度，會進一步加大生產系統的危險程度。有機過氧化物是一種活性很高的物質，在一般的條件下對熱和光都比較靈活，如果發生碰撞容易爆炸，在其參與反應的進程中如果溫度過高或者過低，就會導致危險性因素增加最終發生事故。3.4 聚乙烯料

34、倉發生閃爆的危險性因素充足的空氣、足夠的爆炸物和點火源的存在是料倉發生燃爆事故所必須的條件。因為壓縮空氣是用來輸送聚乙烯顆粒和進行脫氣的必要條件。這是應為這一點，就滿足了其中之一的條件空氣的存在。料倉內的爆炸物形式可能有粉塵、烴類氣體或者兩者的混合物形式存在。3.4.1 烴類氣體 聚乙烯的存儲地發生燃爆事故的最終原因是由于比較大含量的烴類氣體的存在。在聚乙烯存儲地內的乙烯氣體如果發生爆炸應該在體積分數為2.5%38%的乙烯濃度范圍內9。在實際的料倉爆炸事故統計情況來看一般所需的點火能在0.2mJ。3.4.2 粉塵 只有是在不封閉而且相對自由，聚乙烯的粉塵是在達到了一定的聚集濃度以后，聚乙烯粉塵

35、顆粒的大小形狀的規則程度均符合要求才能發生料倉內的粉塵爆炸。如果粉塵存在的環境的體積低于某一數值后，很難發生爆炸事故只有在明火引燃的條件下才能發生燃爆事故。因為料倉內含有的聚乙烯顆粒數量較多所以在其存在的空間范圍內聚乙烯粉塵顆粒的濃度也相對較高，而且在料倉內還會存在大了得細粉塵這將會更容易使粉塵燃爆事故的發生。3.4.3 粉塵、烴類氣體混合形式在實際的運行生產過程中，很少出現僅有烴類氣體或者粉塵的情況大多數是兩者同時存在的混合物形式，如果兩者混合會使最小點火能大大降低，爆炸濃度的范圍也會降低，這樣就會使得料倉內含有兩者混合物的時候發生爆炸事故的可能性大大增加。3.5 影響聚乙烯粉塵發生爆炸的主

36、要因素（1）粉塵濃度：粉塵爆炸的要求是指在粉塵和空氣的混合物的濃度范圍在其爆炸下限和上限之間才有可能發生爆炸。但是在一般的情況下，工業中的可燃性粉塵的爆炸下線在2060g/m3，而其的爆炸上限在26g/m3.標準高密度聚乙烯粉塵和標準低密度聚乙烯粉塵的爆炸下限一樣都是20 g/m3。一旦粉塵云達到爆炸極限，如遇到高溫、靜電火花就會有發生爆炸的可能10。（2）充足的氧氣：粉塵存在爆炸的危險需要在粉塵炫富的空氣中含有足夠含量的氧氣能夠保持其燃燒。不同的成分需的氧氣成分含量不同，聚乙烯粉塵的平均直徑小于26m時在O2-CO2氛圍中氧指數是12，然而在不同的環境中氧指數不同12，例如在O2-N2的氛圍

37、中氧指數為10.（3）粒徑大小：粒徑的大小對粉塵爆炸的影響很大，會影響危險事故發生的嚴重程度。顆粒直徑越小，危險性越大，反應更加強烈。（4）粉塵湍流程度：湍流程度作為影響粉塵爆炸的重要部分，對于懸浮在空氣中的粉塵，其湍流度的大小影響更加明顯，湍流的程度越大就會使粉塵更好的吸收空氣中的氧氣而使得其反應速率更快，最終會導致爆炸的發生。（5）空氣濕度：空氣濕度的大小直接影響了粉塵吸附水分的大小，如果空氣中的濕度較大時，親水性粉塵就會更好的吸附空氣中的水分，這將會導致吸附水分的粉塵更難彌散到空中和燃燒，同時火焰的傳播速度也會減慢。（6）足夠的溫度和點火能量：粉塵的最小點火能量或最小著火能量就是指能夠把

38、粉塵點燃并維持粉塵燃燒的能量，要想使點火源把粉塵點燃需要點火源的能量大于粉塵的最小點火能。標準高密度聚乙烯粉塵和標準低密度聚乙烯粉塵最小引燃的能量分別為390和41011，標準低密度聚乙烯粉塵和標準高密度聚乙烯粉塵的最小點火能量分別為30mJ和10mJ。（7）化學成分：發生爆炸時與有機物粉塵中的化學含量有很大的關系，如果OH、NH2、NO、C-N、N-N、COOH等基團存在與有機物粉塵中，則發生爆炸時的危險性就會增大。當然如果含有鉀、鈉和鹵素時爆炸趨勢就會減弱。3.6 產品干燥和包裝的危險性分析 聚乙烯的干燥過程一般在料倉內完成，聚乙烯的固體顆粒小，如果在料倉內有顆粒粉塵的飛揚，如果爆炸混合物

39、達到了爆炸極限，將會導致粉塵爆炸現象的發生。此外，在聚乙烯的包裝過程中聚乙烯粉塵還在空中飄浮，這種情況下粉塵爆炸也會發生。4 靜電危險性分析 靜電放電通常情況下就是重要的點火源，聚乙烯發生閃爆事故的重要點火源就是聚乙烯粉料與粒料的靜電放電，因為它的帶電機理主要為作為不導電的聚乙烯物料在非常快的傳輸狀態下與輸送管路以及物料之間的摩擦、分離、碰撞、分離等因素導致其發生的。4.1 聚乙烯粉塵輸送過程靜電分析根據聚乙烯粉體輸送而言，主要的放電形式有刷形放電、火花放電、電暈放電和傳播性刷形放電。放電能量的大小跟其放電形式有關，不同的放電形式效果不同。比如電暈放電是一種屬于焦耳型的放電形式，其引燃的危險性

40、比較小，只能引燃一部分可燃性氣體。還有就是刷形放電，其放電的能量僅為3.7mJ，但其能夠引燃大多數的可燃性的氣體和低于其點火能量的粉塵12。錐形放電也稱為堆表面放電，其主要是一種發生在粉料堆表面的上的一種放電形式，如果要發生這種放電形式需要具備幾種條件：較高電阻率的粉料；顆粒表面較為粗糙的粉體顆粒；電荷質量比的較高的粉塵；充裝輸送的速度大于0.5kg/s。由于堆表面放電的能量較大可達到10mJ，其能量足以引燃多數的可燃性氣體和粉塵。火花放電的放電能量更大最高可達到1J，其能量可以點燃大多數的可燃性的氣體和大多數的可燃性粉塵。傳播性刷形放電發生的條件主要是在粘壁料或在48mm厚的絕緣涂層中，而且

41、要是絕緣涂壁層遭到破壞時，其最高的放電能量可達到10J，若達到這個數值能夠點燃大多數的危險性可燃氣體、可燃性的粉塵及其混合物和可燃液體的蒸汽，這種放電形式的危險形式是最大的。4.2 聚乙烯產品顆粒輸送過程中的靜電分析經過工藝設備的造粒技術后聚乙烯就成為了顆粒狀產品，成為顆粒的聚乙烯在送物料的管線中由壓縮過的空氣輸送進入料倉內，就是在此過程中由于顆粒的快速運動與管道內壁發生了劇烈地摩擦和持續的碰撞現象，靜電主要就是在該過程中生成積累的。經過大量的理論實踐證明，顆粒的帶電量和其移動時與內壁沖撞摩擦的速度成正比，而其物料的流量與單位質量的電荷量成反比。通常情況下的物料的輸送管壁的形狀為凹凸不一的麻點

42、狀，這種做法是為了減少粒子在傳輸的過程中與管道內壁發生劇烈地摩擦而產生熱量積累發生的拉絲現象，但是能夠讓顆粒跳躍式前進的麻點狀內壁就會很好地避免這一向現象的發生。大多數的聚乙烯顆粒的電阻大于1011，所以即使聚乙烯顆粒與輸送管線上所帶電荷數量相等、極性相反，在其管道內輸送過程中顆粒由于摩擦產生的靜電很難通過輸送管線上的接地設施排除，僅僅能夠消除管壁內存在的靜電電荷13。聚乙烯顆粒的輸送是由壓縮的空氣進行輸送的，顆粒的帶電量的大小和其輸送速度的的快慢、顆粒摩擦碰撞的劇烈程度成正比。其電荷量的增加只是在一定的范圍內成正比例上升，如果顆粒所帶電荷量達到了飽和的狀態則其電荷量就不會在繼續增加。實際工業

43、生產的經驗表明，顆粒的運動速度如果呈現一個很高的狀態，那么他所達到電量飽和的時間也就越短，同時通過的管道長度一般不超過幾米的距離。因每立方米氣流中含有顆粒的數量稱之為載荷量，而單位重量的顆粒所帶靜電電量稱之為荷質比，在顆粒送風的過程中載荷量在一定范圍內與荷質比成反比。如果是在顆粒物運動速度為固定值的的情況下，每個顆粒在管道內流經的時間就會相等，如果載荷量比較大，顆粒的數量就會變得更多，正是因為這個原因使得各個顆粒在其流經的管道內發生摩擦和碰撞的機會大大降低。如果顆粒物運送完成后進行下料或者下料已經完成時，顆粒物所含的電荷量數值比較低，相反的是顆粒所含電量快速上升，比通常情況下正常輸送過程所帶電

44、量高，這種現象的發生也大大的增加了因靜電原因發生事故的可能性14。5 聚乙烯生產系統事故樹分析5.1 聚乙烯粉末爆炸高密度聚乙烯生產的過程中，成細粉顆粒狀的聚乙烯作為不能流經電流的物質在其高速度的傳導過程的情況下與輸送通道以及物料之間會產生摩擦、碰撞、分離等會產生靜電現象15，而且出現的靜電想象是很難消除的，產生的靜電數量達到了危險值后，如果在生產過程中沒有保護性氣體，這將會使聚合物的粉末與空氣混合達到爆炸極限，容易導致危險性事故的發生。根據高密度聚乙烯生產過程所使用的機械設備來看，有的地方依然存在很大的危險性像：能夠放置很多產品的料倉系統，管道的拐彎處和管徑變化較多的管道系統、筒倉內或管道里

45、面含有混合氣的系統、系統中含有旋風分離器或袋式過濾器16。5.2 聚乙烯粉塵爆炸事故樹分析事故樹分析方法需要我們確定結果事件、中間事件以及基本事件。結果事件就是最終導致爆炸事故的發生。X1表示為空氣及氧化劑，因為可燃物和點火源還包括很多或事件所以表示為中間事件M1和M2。可燃物基本事件粉塵、可燃氣體、粉塵和可燃氣混合物分別為X2 X3 X4。明火、點加熱源和電弧分別為X5 X6 X7。產生靜電的過程為造粒過程、離心干燥、管道輸送和卸料的過程分別表示為X8 X9 X10 X11。圖3 用事故樹分析聚乙烯粉體粉塵爆炸事故求最小割集T=X1M1M2=X1(X2+X3+X4)(X5+X6+X7+M3)

46、= X1(X2+X3+X4)X5+X6+X7+(X8+X9+X10+X11)=X1X2X5+X1X2X6+X1X2X7+X1X2X8+X1X2X9+X1X2X10+X1X2X11+ X1X3X5+X1X3X6+X1X3X7+X1X3X8+X1X3X9+X1X3X10+X1X3X11+ X1X4X5+X1X4X6+X1X4X7+X1X4X8+X1X4X9+X1X4X10+X1X4X11所以最小割集為表3 最小割集表X1X2X5X1:空氣及氧化劑X2:粉塵X5:明火X1X2X6X1:空氣及氧化劑X2:粉塵X6:電熱源X1X2X7X1:空氣及氧化劑X2:粉塵X7:電弧X1X2X8X1:空氣及氧化劑X

47、2:粉塵X8:造粒X1X2X9X1:空氣及氧化劑X2:粉塵X9:離心干燥X1X2X10X1:空氣及氧化劑X2:粉塵X10:管道輸送X1X2X11X1:空氣及氧化劑X2:粉塵X11:卸料X1X3X5X1:空氣及氧化劑X3:可燃氣體X5:明火X1X3X6X1:空氣及氧化劑X3:可燃氣體X6:電熱源X1X3X7X1:空氣及氧化劑X3:可燃氣體X7:電弧X1X3X8X1:空氣及氧化劑X3:可燃氣體X8:造粒X1X3X9X1:空氣及氧化劑X3:可燃氣體X9:離心干燥X1X3X10X1:空氣及氧化劑X3:可燃氣體X10:管道輸送X1X3X11X1:空氣及氧化劑X3:可燃氣體X11:卸料X1X4X5X1:空

48、氣及氧化劑X4:粉塵和可燃氣體X5:明火X1X4X6X1:空氣及氧化劑X4:粉塵和可燃氣體X6:電熱源X1X4X7X1:空氣及氧化劑X4:粉塵和可燃氣體X7:電弧X1X4X8X1:空氣及氧化劑X4:粉塵和可燃氣體X8:造粒X1X4X9X1:空氣及氧化劑X4:粉塵和可燃氣體X9:離心干燥X1X4X10X1:空氣及氧化劑X4:粉塵和可燃氣體X10:管道輸送X1X4X11X1:空氣及氧化劑X4:粉塵和可燃氣體體X11:卸料最小徑集：T=X1M1M2 =X1(X2+X3+X4)(X5+X6+X7+M3) = X1(X2+X3+X4)X5+X6+X7+(X8+X9+X10+X11) = X1(X2+X3

49、+X4)(X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11)所以最小徑集為:X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X115.3 聚乙烯生產設備的設計與安全操作經驗5.3.1 管式法反應設計準則管式反應器是由帶接頭的長管組合連接而成的，他們的設計出需要在高疲勞的循環為基礎的。經過反復的研究表明，經過長時間的管道壓力循環，主要依賴于內壁的剪應力的大小，然而剪應力的大小只和壓力循環的幅度大小和管子的半徑的比值有關。因此，設計管式反應器是三個最重要的變數是內壁剪應力波動值的大小、材料的強度極限和平均剪應力。、對于固定操作壓力的操作條件，增大管徑的比值后，內壁上的剪應力將會減小，但是

50、如果半徑比值超過2.2.，剪應力的大小就不會改變了。自增強的方法降低內壁的剪應力是一種很切實可靠的方法，還會增加疲勞極限的效果。但是，增大自強管子的半徑比值也是有極限值得，如果壓力達到了一定的數值，去掉自增強壓力時，內壁會產生壓縮屈服的時候，最可靠的方法就是取得適當的疲勞壽命，采取反應器中最高應力部分的平均壓力17。然而，預熱段需要把穩定狀態的熱應力與內壓所引起的應力相加，在反應段則需要相減。還有就是，在反應器出口處的最大操作壓力有著變小的趨勢，然而其脈沖的幅度卻不斷上升。因此，雖然平均應力和脈沖壓力幅度都可能隨著反應器的長度變化，最高的應力條件還是還是可以選擇的。然而這些準則對于生產低密度聚

51、乙烯所固有的高壓生產狀態是不可行的。如果設計者想要采用高強度的鋼材來達到設計規范所要求的安全系數，將會引起脆性破壞和災難性的整體泄漏的發生。因此，需要解決的管式反應器設計的問題是，疲勞破裂與脆性破壞間的平衡問題。5.3.2 釜式反應器的設計準則使用這類容器需要在指定的壓力和溫度下工作一個提前預定好的時間周期，由于機械上的問題或者在生產過程中需要暫停下來，在可以控制的條件下進行使用，或者乙烯分解時會導致溫度的上升.因此，對于乙烯分解這樣的劇烈的放熱反應，在容器中快速生成的壓力易于超過安全裝置預定的最大允許壓力18。所以，我們就可以根據這個最大允許壓力來作為我們設立壓力容器的準則，如果把這個壓力當

52、做我們在實際操作過程中的經常會面臨的最小壓力，那么我們的安全裝置就能夠很好地應對壓力過大時泄放時所需的防控面積。5.3.3 安全措施 釜式反應器需要我們注意的幾項準則包括：內壁上的應變，內部壓力的大小和疲勞持久限及斷裂韌性。他們之間的關系是緊緊相關不可分的，所以我們在設計相關準則是必須全部考慮進去。靜電作為料倉發生粉塵爆炸事故的主要危害因素，消除靜電很重要。靜電的產生主要是由于摩擦產生的，聚乙烯顆粒在輸送的過程中由于輸送的速度過快及與內壁之間的激烈碰撞產生升了大量的靜電積累19，這些靜電在進入料倉內會繼續積累很難消除，成為了重要的危險源。對于靜電的消除可以采用在聚乙烯顆粒進入料倉的入口的管線出處安裝靜電消除器的方法，這樣就會大大降低聚乙烯在管道內的積累的靜電進入料倉內，很好的避免了靜電在料倉內的大量積累。這種方法依據的原理是，在聚乙烯輸送的管道內安裝放電針注入離子流中和粒子中所帶靜電，通過這個中和的過程可以使物料的帶電量維持在一個很低的水平。增加料倉內壁的靜電涂層，由于料倉內含有料倉的風嘴，在風嘴處很容易產生尖端放電，將風嘴改成平板式并增加防靜電的涂層可以很好地避免風口除靜電的產生降低危險性。定期檢查料倉內壁的粉料粘壁情況， 出現粘壁時要及時清理， 防止