聚乙烯粉尘爆炸风险评估及防护研究.docx

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聚乙烯粉尘爆炸风险评估及防护研究

摘要：

在PVC等塑料、建材加工行业，聚乙烯粉尘是比较常见的粉尘之一。

由于许多塑料、建材加工企业对聚乙烯粉尘的相关危害没有深刻的认识，近几年来，关于聚乙烯粉尘爆炸事故的报道并不鲜见。

本论文从国内外粉尘爆炸事故案例出发，分析聚乙烯粉尘爆炸的影响因素。

针对聚乙烯粉尘爆炸的特殊风险,研究聚乙烯粉体结构，物理化学特性，爆炸特征参数。

通过哈特曼管实验，发现点火延时、浓度及粒径在聚乙烯粉尘爆炸风险评估中的重要性。

采用GB/T16425-1996粉尘云爆炸下限浓度测定方法，得出聚乙烯粉尘爆炸下限约为20g/m3o粒径越小,同一浓度下粉尘爆炸的压力峰值Pm和压力上升速率峰值（dp/dt）m均越大。

结合石化企业聚乙烯粉尘爆炸的案例，对聚乙烯加工生产及使用过程中的爆炸风险进行评估，并进行防护设计及研究，同时提出相应防范管理对策及方案。

最终得出防爆设计图，有效调节氮气在装置中的填充，能有降低或减缓聚乙烯粉尘爆炸

风险等级，减少聚乙烯粉尘爆炸事故的发生，对安全生产有着重大意义。

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关键词：

聚乙烯粉尘；风险评估；粉尘爆炸；防护设计

PolyethyleneDustExplosionRiskAssessmentandProtectionResearch

Abstract:

InsuchasPVCplastic,btiildingmaterialsprocessingindustry,polyethylenedustisoneofthemorecommondustinrecentyears,thereportsaboutpolyethylenedustexplosionaccidentarenotrare.Becausemanyplastic,buildingmaterialsprocessingenterprisesdonothavetheprofoundunderstandingforpolyethylenedustTheauthoranalyzesthecauseofpolyethylenedustexplosionfromthedustexplosionaccidentcasesathomeandabroad.Forthespecialriskofpolyethylenedustexplosion,researchpolyethylenepowderstructure,physicalandchemicalpropertiescharacteristicparametersexplosion.ByHartmannexperiments,foundthattheignitiondelay,theconcentrationandparticlesizeofpolyethylenedustexplosionintheimportanceofriskassessment.AdoptedGB/T16425-1996dustcloudexplosionlimitconcentrationmeasuringmethod,derivedpolyethylenedustexplosionlimitisabout20g/m3Ithasbeendemonstratedthatthesmallerthedustsize,thebiggertheexplosionpressureandthepressureriserateofpolyethylenewere.Combinedwiththepolyethylenedustexplosioncasesofpetrochemicalcompanies.evaluatingtheproductionandprocessingofpolyethyleneintheprocessofusingexplosionriskandprotectiondesignandresearch.Atthesametime,putforwardthecorrespondingpreventionmanagementmeasuresandsolutions.Eventuallycomingouttheexplosion-proofdesign,effectivelyregulatesnitrogenfillinginthedevice,itwillhavereducedorslowpolyethylenedustexplosionrisklevels,andreducepolyethylenedustexplosionaccidentsofgreatsignificancetoproductionsafety.

2.4聚乙烯粉尘爆炸参数实验13

2.4.1爆炸下限13

2.4.2粒径对爆炸压力的影响14

2.4.3浓度对爆炸压力的影响17

2.4.4初始储气压力对爆炸压力的影响20

2.5粉尘物理状态25

2.6点火延时的影响26

2.7本章分析小结27

3风险评估28

3.1潜在点火源的辨识28

3.2聚乙烯粉尘生产作业条件危险性评价30

3.2.1生产作业条件危险性评价法简介30

3/16

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3.2.2生产作业条件危险性评价32

4防护设计研究33

4.1分析仓爆炸原因分析33

4.2聚乙烯分析仓爆炸预防34

4.3分析仓爆炸防护设计图35

4.3.1PE风送单元工艺流程35

4.3.2分析仓闪爆形成过程35

4.3.3改进措施36

5结束语37

致谢38

参考文献39

1绪论

1.1粉尘爆炸背景及研究意义

在PVC等塑料、建材加工行业，聚乙烯粉尘是比较常见的粉尘之一。

为了能满足市场对聚乙烯的需求，聚乙烯生产装置的数量与生产能力也在高速地增长。

由于许多塑料、建材加工企业对聚乙烯粉尘的相关危害没有深刻的认识，并且安全措施采取不当，聚乙烯生产过程中的闪爆事故时常出现。

事故的发生不但给企业造成巨大的经济损失，而且给企业的安全生产和运行管理带来了极大的干扰和隐患。

通过对聚乙烯生产装置爆炸的事故分析发现，大多事故的点火源都来源于聚乙烯粉体产生的静电。

随着聚烯炷工业的发展，聚乙烯粉体的静电爆炸正成为一个日益严重的问题。

表1统计了近几年来关于聚乙烯粉尘爆炸事故的一些报道。

图2聚乙烯粉尘爆炸摧毁的工厂

为了减少和防止聚乙烯粉体在输送及储存作业中的静电事故，最有效的方法就是阻止或减缓电荷的积聚,当然，由于物料本身特性决定，该方法很难实施。

目前我国对于聚乙烯装置的在预防静电危害方面尚处于探索阶段。

在各类文献中，国内外学者针对聚乙烯粉体静电引起的闪爆事故进行了广泛而深入地研究，其着眼点主要还是集中在可能引燃粉体的各种静电放电形式、静电放电的能量以及料仓内乙烯气体对粉尘爆炸的影响等[2-6]o

世界范围内每年发生在化工、煤、冶金、纺织、食品等行业的粉体生产过程中的粉尘爆炸事故举不胜举。

这些粉尘爆炸事故涉及行业面之广，事故后果之严重，足以引起人们对粉尘爆炸研究的重视。

随着粉体工业的快速发展，新产品和新技术的不断运用，生产规模的不断扩大，粉尘爆炸灾害的预防和相关的理论研究显得尤为紧迫，若不及早深入开展粉体生产过程安全技术研究工作，势必会阻碍相关产业的发展，制约整个国民经济的增长。

粉尘爆炸危险性分析与控制研究的最终目的是为了辨识、控制、评价粉体生产过程中的危险源，预防和控制粉尘爆炸，并把粉尘爆炸后果降低到最小程度。

粉尘爆炸灾害危害性大，涉及面广，发生频率高，在各种工业爆炸灾害中占有显著的比重，因此其防治机理和防治方法的深入研究具有重大的现实意义。

粉尘爆炸灾害防治过程中涉及许多复杂的物理和化学变化，是一个相当复杂的问题。

通常采用的防治手段如抑爆、泄爆和隔爆等实质是对己经发生的爆炸进行人为的强行干预以求减轻灾害损失。

但由于人们对干预所诱发的物理和化学及其所呈现的规律却并未完全为人们所认识和掌握，对干预的后果缺乏准确预言和控制，因此，一些习惯使用的爆炸防治方法在特殊条件下会导致出人意料的助长和诱导进一步爆炸的严重后果。

1.2低密度聚乙烯粉体结构及特性

低密度聚乙烯（lowdensitypolyethylene,LDPE）是一种塑料材料，它适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好。

LDPE主要用途是作薄膜产品,还用于注塑制品，医疗器具，药品和食品包装材料，吹塑中空成型制品等。

本次论文，笔者采用的是LDPE50200（分析纯）。

具体参数见表2。

表2低密度聚乙烯微粉典型指标

性能数值单位

密度0.92g/cm3

弯曲强度140Kg/cm2

粉末粒径<75um

熔点105°C

熔融指数50,纯度99.9%,微粉细度1000目。

[21低密度聚乙烯粉体结构

低密度聚乙烯是在高温高压下通过自由基聚合而成,伴有许多的副反应，故其分子量是不完全线性的,而是具有长支链、短支链、双链、羟基等，其分子结构会影响其产品性能，其影响关系见表3。

表3LDPE分子结构、分子量与性能关系

分子结构性能

分支熔点、弹性模量、弯曲屈服值、耐化学药品性、密度

分子量拉伸强度、脆化温度、撕裂强度、溶胀比

分子量与分支硬度、变形、维卡耐热、熔融粘度

双链化学性能

羟基电性能

短支链硬度、熔点、撕裂强度、变形、浊度

长支链撕裂强度、溶胀比

LDPE在分子链结构上含有支链较多，以聚乙烯中1000个碳原子统计平均含有甲基的数目来看，LDPE有21个，LDPE的分子链近似树枝状。

LDPE结晶度较低，为65%,这是因为LDPE的分子链存在长短不等的支链，破坏了链结构的规整性。

另外，LDPE的硬度较低、密度较低、弯曲强度较低，但耐冲击强度高。

LDPE分子量一般在5万以下，分子量分布较宽。

聚乙烯受到日光中紫外线的照射和空气中氧的作用，使其分子中的菽基含量增加而发生光氧老化作用，这种作用是在常温下进行的，它可使聚乙烯分子解聚,并生成一部分支链体型结构。

（4）聚乙烯的介电性能

纯的聚乙烯不含极性基因，因此具有良好的介电性能。

聚乙烯的分子量对其介电性能不发生影响，但聚乙烯中若是含有杂质，如催化剂、金属灰分及分子中存在极性基团（羟基、懿基）等，则对其介电性能如介电常数、介电耗损（介电损耗角正切）等会发生不良影响。

1.3粉尘爆炸原理

粉尘爆炸就是粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源（明火或温度），火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度极快，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，系统的能量转化为机械功以及光和热

的辐射，具有很强的破坏力。

1.3.1聚乙烯粉尘爆炸条件

聚乙烯粉尘爆炸的条件归结起来有以下5个方面的因素：

（1）要有一定的粉尘浓度

粉尘爆炸所采用的化学计量浓度单位与气体爆炸不同，气体爆炸采用体积百分浓度表示。

而粉尘浓度采用单位体积所含粉尘粒子的质量来表示。

单位是g/m3或者mg/L,如果浓度太低，粉尘粒子间距过大，火焰难以传播。

（2）要有一定的氧含量

这是粉尘得以燃烧的基础。

（3）要有足够的点火源或者强烈振动与摩擦

粉尘爆炸所需的最小点火能量比气体爆炸大1-2个数量级，大多数粉尘云最小点火能量在5m