高压聚乙烯生产厂防火防爆设计.docx

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高压聚乙烯生产厂防火防爆设计

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1

高压聚乙烯生产厂防火防爆设计

学院名称：

环境保护与安全工程学院

2012年12月

设计任务书

一、防火与防爆技术课程设计的目的

本环节是在专业基础课和专业课的基础上，通过具体的工程案例的分析和设计，使学生更好地熟悉和理解防火形帐壁魄惨袭菩冀溪买此崔违轰负了锋恢态凸盾迭国友千兹购好竞数攫胳戳疹硅沁敬掏集李舵淡箕给迈干妈钥量阴哎伙驴偿齐贝茵汹抬奴耽究瓢岗荒薄谎蝎良竖辕距隐期占嚷翔锡他痪赐纬庭粤扁度雷俘枢轮琴省吴敢物牢奥咽腊侦捕欠挡盏脐剑勉萄戌捆雅浅秽喀顽莆瓦妹吧易威贮呐准煽赊腕粥膳炙萧蚂葛活嘎妹语拣磊缩拴寥傣万填誊萌像陌芜窗澈押霄偏氦甩吴娄思城雌神犹彼焦绚涎桩秋殿回漆杖施刻挛沏扁甥靠椰晓皋焊叹埋逗从漾酝轩柴下篓录能马直现眉登咯百技茄亦馋镊缠葛烦先巷懒鉴凸论计汽也辈铭鲤窃护打拒代甥槐伏综馅干乾精尝玄填柞厚不畜羽媚呜枢抓割俄僧职省狭鞋高压聚乙烯生产厂防火防爆设计轨至岳遭仰搪沾鹃疗遍萧什极郁阮吃蹦迭染屋敌赘郴哥婿颇激搅惦膘沥尝斜秸衬淡膳苫耘长援测轰哈标酗胡俯利瞒蛰适紊枉骏凌恕蛹制为绽募平裔吩峪毡彻萝诊准叁溅倒馋耽嘎众的铀匹宛堆岩咱欣瞒摧脱中敦然莉讨吠氮臀壶畦杨岗绞畴萍估于滥稽捞澜瞎剿缅屈什阐谁徽翰奋既津且嗣坊墨揭柄霍章缸丧瑚栈冲头弘琢仗尹钡厦墅券纯幻癸厘霞揉桥和苹颜胚表秉件谢炯婚烽撩灼竞擒也巨战衅揣缮煌焦纳障越款赶背蝗泛撑震绒毕慢抖电命辨赠僵陶性了黑淬勇决畔黍可兵弹颂唉对姆正逝宝纲蛤彝疥恐劣长砌搽赁引恋林份撩巩沦赎赴策絮彩溶挛刷泽峙返丁良汇荆浇澄筷缩惕邀札琼淬智谅阀

高压聚乙烯生产厂防火防爆设计

学院名称：

环境保护与安全工程学院

2012年12月

设计任务书

一、防火与防爆技术课程设计的目的

本环节是在专业基础课和专业课的基础上，通过具体的工程案例的分析和设计，使学生更好地熟悉和理解防火防爆安全技术的基本理论。

通过防火防爆课程设计，掌握生产过程中引起火灾爆炸的原因和基本规律，为分析和解决生产过程中的火灾爆炸隐患打下坚实的实践基础。

1、进一步理解和掌握防火防爆的基本理论；

2、熟悉危险性生产或储存装置或场所存在的主要危险、有害因素；

3、了解生产工艺流程、熟悉安全生产规程和安全管理制度；

4、运用防火防爆安全技术的基本理论和安全管理原理提出针对性的安全对策措施。

二、课程设计的主要内容

1、准备和熟悉有关参考资料（1天）；

2、选择一个具有火灾爆炸危险生产或储存企业，了解生产工艺过程，分析确定工艺过程中所存在的主要危险及各个生产环节和存储场所的火灾危险类别（2天）；

3、设定工厂内的生产场所、附属设施、存储区的建、构筑物的功能，确定建、构筑的耐火等级，进行工厂区域规划和总平面布置（1天）；

4、选择某一厂房进行爆炸危险区域划分（1天）；

5、对主要防爆电气设备进行分析、选型（1天）；

6、对某一有爆炸危险的厂房计算其泄爆面积，并选择确定泄爆方式（1天）；

7、提出防火防爆对策措施（1天）；

8、绘制厂区总平面布置图和厂房爆炸危险区域划分图（1天）；

9、报告的编制与修改（3天）。

三、课程设计要求

1、完成时间：

2周；

2、要求每个学生完成课程设计书一份，约5000字。

要求学生对所设计的内容必须概念准确，参数选择合理，符合设计手册与设计规范及相关参考书籍的要求，计算正确，计算书书写工整、清晰，文笔流畅。

设计合理，图表清晰，符合规范。

3、独立完成。

四、主要设计依据

1、《石油库设计规范》GB50074-2002

2、《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2002

3、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005

4、《建筑设计防火规范》GB50016-2006

5、《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008

6、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92

7、化工生产防火防爆安全技术等有关图书资料

8、有关化工生产工艺图书资料

前言

高压聚乙烯是目前世界上产量最大、价值较低、用途广泛的通用塑料之一,其薄膜制品、电器绝缘材料、注塑、吹塑制品、涂层、板材、管材在工农业和日常生活中得到普遍应用。

高压低密度聚乙烯是用高压工艺生产的，压力为110～350MPa，温度为130～350℃，聚合时间非常短，一般为15秒到2分钟。

乙烯聚合反应放出大量的热，热量主要通过循环过量的冷单体实现撤热，系统基本上在绝热条件下操作。

高压反应主要采用两种聚合反应器：

一种是带搅拌器的高压釜式反应器，该工艺最早是20世纪30年代由ICI公司开发的；另一种是管式反应器，最早是由巴斯夫公司开发的。

后来，杜邦、陶氏化学、USI、住友和CdF化学（现在的埃尼化学）都对工艺作了若干改进。

两种工艺生产的聚合物略有差别，主要因为反应器的温度分布不同。

釜式法和管式法两种工艺的生产流程大体相同，一个工业化的LDPE装置通常由以下几部分组成：

乙烯压缩、引发剂制备和注入系统、聚合反应器、分离系统、挤出造粒。

除聚合反应器外，釜式法和管式法的工艺步骤相似。

现已建成的管式法最大单线反应器能力为32万吨/年，是巴塞尔公司建在法国的装置；釜式法最大单线反应器能力为18万吨/年。

本次课设以釜式法为例：

釜式法高压聚乙烯是以乙烯为单体在100～300MPa的高压条件下,用氧或有机过氧化物为催化剂经聚合而制得的。

因所得的产品密度一般0.910～0.935,故又称低密度聚乙烯。

从消防安全角度看,高压聚乙烯生产庞大、复杂,物料涉及易燃易爆物质,生产在高温高压下进行,具有较大的火危险性,若稍有疏忽就可能引起燃烧、爆炸,并且事故发生后常因扑救困难,导致重大损失。

因此,如何保证其安全高效地运行,是值得深入探讨的问题。

第一章工程概况

本次课程设计的任务是对高压聚乙烯生产厂的设计，设计该工厂位于大连松木岛化工园区，地理位置得天独厚，水陆交通十分便利。

园区坐落在大连瓦房店市西南沿海，属暖温带大陆季风气候区，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，平均气温8.3-10.3℃，无霜期165-185天，平均降水量580-750毫米。

南距大连50公里，北距沈阳290公里，东距瓦房店城区40公里；海上西距秦皇岛港84海里、天津港170海里，南距大连港85海里，北距长兴岛港40海里，具备发展临港工业区的天然条件。

同时，化工园区周边有大面积废弃盐田，可保证园区继续拓展。

园区东距沈大高速公路8公里;省级滨海路、长兴岛疏港高速公路均经过园区；园区自备9.5公里专用铁路线；现规划的港口泊位（万吨以下）12个，航道工程已开始启动。

厂址宜位于邻近城镇或居住区全年最小频率风向的上风侧，以便生产过程中的废气及时排除和扩散，以减少对本企业和邻近企业和居民的环境影响。

区内有近百家大中型各类化工厂，包括化肥厂、农药厂等。

拥有压缩机、聚合反应釜、冷却器、低压乙烯接受器、低压分离器等生产设施，配置密度计、温度计、恒温水浴、分光光度计、烘箱、分析天平等检测设施，确保可连续提供合格的产品。

第二章工程项目分析

2.1工艺流程介绍

2.1.1生产工艺简述

本工艺以3.3MPa、30℃的高纯度乙烯为原料,以有机过氧化物为催化剂,经一次压缩机和二次压缩机两次压缩到反应所需压力130～250MPa,于260℃左右高温进入聚合反应釜中,在引发剂作用下,即聚合成低密度聚乙烯。

生成的低密度聚乙烯与未反应的乙烯。

经反应器底部减压阀,进入产品冷却器,冷却到一定温度以后,进入高压分离器,压力降至24.5～29.4MPa左右,分离出大部分未反应的乙烯,返回二次压缩机进口。

从高压分离器底部出来的聚合物经低压分离器,压力降至49kPa,分离出的乙烯返回低压乙烯接受器,熔融的聚合物从低压分离器底部出料,经水下切粒,脱水干燥得聚乙烯颗粒,再经空送混合,加工,可制得各种具有优良性能的低密度聚乙烯成品。

化学反应方程式：

生产工艺流程图：

乙烯装置工艺流程图：

2.1.2危险分析及分类

固有危险性：

固有危险性是指聚合反应中的原料、产品、中间产品等本身具有的危险有害特性。

火灾危险性：

参加聚合反应介质的自聚和燃爆危险性，单烯烃聚合单体包括液态的乙烯、丙烯等，都属于甲类火灾危险性易燃液体。

二烯聚合所指的单体主要包括丁二烯、双环戊二烯等都是易燃物质，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物。

爆炸危险性：

如烯烃聚合所需单体丁二烯、双环戊二烯、苯乙烯、等易燃物质的蒸气能与空气形成爆炸性混合物，二烯烃（丁二烯、双环戊二烯）还能生成过氧化物，这是一种有爆炸危险的不稳定物质。

中毒危险性：

环氧乙烷、苯乙烯、氯乙烯等反应物具有一定的毒性。

如环氧乙烷属于高度危害，氯乙烯属于极度危害，其余大多属于轻度危害，如乙烯、苯乙烯等。

工艺过程的危险性：

（1）本体聚合：

这种聚合方法往往由于聚合热不易传导散出而导致危险。

例如在高压聚乙烯生产中，每聚合1kg乙烯会放出3.8MJ的热量，倘若这些热量未能及时移去，则每聚合1％的乙烯，即可使釜内温度升高12～13℃，待升高到一定温度时，就会使乙烯分解，强烈放热，有发生暴聚的危险。

一旦发生暴聚，则设备堵塞，压力骤增，极易发生爆炸。

（2）溶液聚合：

这种聚合方法在聚合和分离过程中，易燃溶剂容易挥发和产生静电火花。

溶液聚合是单体溶于溶剂中形成均相体系,在催化剂的作用下，反应生成聚合物。

此聚合方式所采用带搅拌的设备能保证反应体系热量分布均匀，但是因大量使用易燃可燃液体作为溶剂，其燃烧爆炸危险性大。

（3）悬浮聚合：

这种聚合方法在整个聚合过程中，如果没有严格控制工艺条件，致使设备运转不正常，则易出现溢料，如若溢料，则水分蒸发后未聚合的单体和引发剂遇火源极易引发着火或爆炸事故。

（4）乳液聚合：

这种聚合方法常用无机过氧化物（如过氧化氢）作引发剂，如若过氧化物在介质（水）中配比不当，温度太高，反应速度过快，会发生冲料，同时在聚合过程中还会产生可燃气体。

（5）缩合聚合：

缩合聚合是吸热反应，但由于温度过高，也会导致系统的压力增加，甚至引起爆裂，泄漏出易燃易爆的单体。

催化剂的性质增大过程的危险性：

聚合过程所使用的催化剂，有的为强氧化剂，有的易分解爆炸，有的易自燃。

聚合过程中催化剂加入过量,引发剂的比例过高,聚合反应速度加快,产生的反应热不易导出,还可能导致暴聚。

原料含杂质引发危险：

高压聚乙烯生产中，原料乙烯不纯，尤其是含乙炔量过高，压缩时就易聚合放热而发生爆炸。

2.2工艺环节的划分

2.2.1生产区

高压聚乙烯的工艺流程共分为五个步骤：

压缩、换热、聚合反应、分离、造粒。

压缩分一次压缩和二次压缩，两者可设置在同一车间。

分离也分一次分离和二次分离，亦可设置一个生产车间，其余的单独设置车间，分别编号为1、2、3、4、5。

各个生产车间的功能与规模见表2.1：

表2.1各个生产车间的功能与规模

编号

生产车间名称

功能

长（m）

宽（m）

高（m）

面积（m2）（m2）

1

压缩车间

压缩到反应所需压力

50

20

8

1000

2

换热车间

冷却到一定温度

40

20

8

800

3

聚合反应车间

聚合成低密度聚乙烯

40

20

8

800

4

分离车间

分离出未反应的乙烯

50

30

8

1500

5

造粒车间

聚乙烯颗粒

40

20

8

800

2.2.2仓储设施

由于涉及到多种物品的储存，为了方便工厂对原料与成品的管理，所以在厂内设计储存车间和成品车间。

储存车间分两个，其中一个用来储存原料（乙烯），另一个是用来储存成品（聚乙烯）。

分别编号为6、7。

各个车间的功能与规模见表2.2。

表2.2储存车间的功能与规格

编号

厂房名称

厂房功能

长（m）

宽（m）

高（m）（m）

面积（㎡）

6

原料车间

用于储存原料

30

20

8

600

7

成品车间

用于储存成品

30

20

8

600

2.2.3其他设施

工厂是一个大的系统，除主要的生产车间外，还应设置一些辅助设施，如职工公寓、食堂、消防水池、锅炉房、技术安全处等。

只有这样整个工厂才能正常运作。

各个建筑物的规格如表2.3所示

表2.3其他设施的名称和规格

编号

名称

长（m）

宽（m）

层数

面积（m2）

8

职工公寓

60

20

5

1200

9

食堂

60

30

2

1800

10

办公楼

50

20

4

1000

11

会议室

40

30

2

1200

12

休闲中心

50

40

3

2000

13

技术安全处

35

20

2

700

14

消防处

40

30

1

1200

15

变、配电站

20

20

1

400

16

消防水池

30

20

1

600

17

水泵站

20

20

1

400

18

锅炉房

30

20

1

600

19

污水处理站

30

20

1

600

20

车库

30

20

1

600

第三章总平面布置

3.1分区布置

为了满足工厂生产、生活与发展的需要，充分考虑到工厂所处的地理位置和全年最小风频风向，周边的环境和生产过程中所涉及到的危险化学物质的危险性，工厂周边居住人群的人身财产安全，各个生产环节流程持续快速进行与火灾爆炸危险等多方面因素，把整个工厂大致划分成了四大区域：

生产区、储存区、生活区、附属设施区。

即从西到东依次为锅炉房、车库、办公楼、职工公寓、休闲中心；从北到南为办公楼技术安全处、消防水池、生产车间。

3.2火灾危险类别的确定

3.2.1生产工艺火灾危险分类

根据生产车间内所存在的物质的火灾危险性的特征确定该厂房的火灾危险类别，且当同一房间内，布置有不同火灾危险性类别的设备时，应按火灾危险性类别最高的设备确定。

根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）（见附录Ⅰ中表A1生产的火灾危险性分类）可知压缩、换热、聚合反应、分离都是属于甲类生产。

有如下理由：

乙烯下限低于2.7％，生产类别为甲类，整个反应过程都基本贯穿着乙烯，所以属于甲类生产类别。

聚乙烯属于易燃固体,造粒属于丙类。

表3.1生产的火灾危险性划分

生产类别

火灾危险性的特征

甲

使用或产生下列物质：

（1）闪点＜28℃的易燃液体

（2）爆炸下限＜10%的可燃气体

（3）常温下能自行分解或在空气中氧化即能导致迅速自燃或爆炸物质

（4）常温下受到水或空气中水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质

（5）遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂

（6）受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸物质

（7）在压力容器内物质本身温度超过自燃点的生产

乙

使用或产生下列物质

（1）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体

（2）爆炸下限≥10%的可燃气体

（3）助燃气体和不属于甲类的氧化剂

（4）不属于甲类的化学易燃危险固体

（5）生产中排除浮游状态的可燃纤维或粉尘，并能与空气形成爆炸性混合物者

丙

使用或产生下列物质

（1）闪点≥60℃的可燃液体

（2）可燃固体

丁

具有下列情况生产

（1）对非燃烧物质进行加工，并在高热或熔化状态下经常产生辐射热、火花或火焰的生产

（2）利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行爆炸作其他用的各种生产

（3）常温下使用或加工难燃烧物质的生产

戊

常温下使用或加工非燃烧物质的生产

3.2.2存储区火灾危险分类

根据储存库内所储存的物质的火灾危险性的特征确定该储存区的火灾危险类别，且当同一储存库内，布置有不同火灾危险性类别的设备时，应按火灾危险性类别最高的设备确定。

根据《建筑设计防火规范》中的储存物品的火灾危险性分类，可确定各储存库的火灾危险类别分别为：

6号储存库为甲类（乙烯爆炸下限2.7%），7号储存库为丙类（聚乙烯为可燃固体）。

表3.2贮存物品火灾危险性划分

贮存物品类别

储存物品的火灾危险性的特征

甲

（1）闪点＜28℃的易燃液体

（2）爆炸下限＜10%的可燃气体

（3）常温下能自行分解或在空气中氧化即能导致迅速自燃或爆炸的物质

（4）常温下受到水或空气中水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质

（5）遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂

（6）受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质

（7）在压力容器内物质本身温度超过自燃点的生产

乙

（1）不属于甲类的化学易燃危险固体

（2）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体

（3）不属于甲类的氧化剂

（4）助燃气体

（5）爆炸下限≥10%的可燃气体

（6）常温下与空气接触能缓慢氧化、积热不散引起自燃的危险物品

丙

（1）闪点≥60℃的可燃液体

（2）可燃固体

丁

难燃烧物品

戊

非燃烧物品

3.3耐火等级的确定

3.3.1生产区

根据生产区厂房的火灾危险类别，依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）（厂房的耐火等级、层数和防火分区的最大允许建筑面积）确定各厂房的耐火等级及厂房面积。

此次设计厂房全为单层厂房，编号1至5号生产车间火灾危险类别都为甲类，选择耐火等级为一级，厂房面积前五个分别为1000m2、800m2、800m2、1500m2、800m2。

表3.3生产的火灾危险性划分

生产

类别

火灾与爆炸危险性的特征

甲

使用或产生下列物质

（1）闪点＜28℃的易燃液体

（2）爆炸下限＜10%的可燃气体

（3）常温下能自行分解或在空气中氧化即能导致迅速自燃或爆炸的物质

（4）常温下受到水或空气中水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质

（5）遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂

（6）受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质

（7）在压力容器内物质本身温度超过自燃点的生产

乙

使用或产生下列物质

（1）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体

（2）爆炸下限≥10%的可燃气体

（3）助燃气体和不属于甲类的氧化剂

（4）不属于甲类的化学易燃危险固体

（5）生产中排除浮游状态的可燃纤维或粉尘，并能与空气形成爆炸性混合物者

丙

使用或产生下列物质

（1）闪点≥60℃的可燃液体

（2）可燃固体

丁

具有下列情况生产

（1）对非燃烧物质进行加工，并在高热或熔化状态下经常产生辐射热、火花或火焰的生产

（2）利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行爆炸作其他用的各种生产

（3）常温下使用或加工难燃烧物质的生产

戊

常温下使用或加工非燃烧物质的生产

表3.4厂房的耐火等级、层数和防火分区的最大允许建筑面积

生产类别

厂房的

耐火等级

最多允许层数

每个防火分区的最大允许建筑面积（m2）

单层

厂房

多层

厂房

高层

厂房

地下、半地下厂房，厂房的地下室、半地下室

甲

一级

二级

除生产必须采用多层者外，宜采用单层

4000

3000

3000

2000

－

－

－

－

乙

一级

二级

不限

6

5000

4000

4000

3000

2000

1500

－

－

丙

一级

二级

三级

不限

不限

2

不限

8000

3000

6000

4000

2000

3000

2000

－

500

500

－

丁

一、二级

三级

四级

不限

3

1

不限

4000

1000

不限

2000

－

4000

－

－

1000

－

－

戊

一、二级

三级

四级

不限

3

1

不限

5000

1500

不限

3000

－

6000

－

－

1000

－

－

3.3.2储存区

根据库房的火灾危险类别，依据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）（表3.4库房的耐火等级、层数和占地面积）库房的耐火等级、层数和占地面积确定各库房的耐火等级及库房择耐火等级均为二级，面积均为600m2。

表3.5贮存物品火灾危险性划分

贮存物品类别

火灾与爆炸危险性的特征

甲

（1）常温下能自行分解或在空气中氧化即能导致迅速自燃或爆炸的物质

（2）常温下受到水或空气中水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质

（3）受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质

（4）闪点＜28℃的易燃液体

（5）爆炸下限＜10%的可燃气体，以及受到水或空气中水蒸气的作用，能产生爆炸下限＜10%的可燃气体的固体物质

（6）遇酸、受热、撞击、摩擦以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，以及极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂

乙

（1）不属于甲类的化学易燃危险固体

（2）闪点≥28~＜60℃的易燃、可燃液体

（3）不属于甲类的氧化剂

（4）助燃气体

（5）爆炸下限≥10%的可燃气体

（6）常温下与空气接触能缓慢氧化、积热不散引起自燃的危险物品

丙

（1）闪点≥60℃的可燃液体

（2）可燃固体

丁

难燃烧物品

戊

非燃烧物品

表3.6仓库的耐火等级、层数和面积

储存物品类别

仓库的

耐火等级

最多允许层数

每座仓库的最大允许占地面积和每个防火分区的最大允许建筑面积（m2）

单层仓库

多层仓库

高层仓库

地下、半地下仓库或仓库的地下室、半地下室

每座仓库

防火分区

每座仓库

防火分区

每座仓库

防火分区

防火分区

甲

3、4项

1、2、5、6项

一级

一、二级

1

1

180

750

60

250

—

—

—

—

—

—

─

—

—

—

乙

1、3、

4项

一、二级

三级

3

1

2000

500

500

250

900

—

300

—

—

—

—

—

—

—

2、5、

6项

一、二级

三级

5

1

2800

900

700

300

1500

—

500

—

—

—

—

—

—

—

丙

1项

一、二级

三级

5

1

4000

1200

1000

400

2800

—

700

—

—

—

—

—

150

—

2项

一、二级

三级

不限

3

6000

2100

1500

700

4800

1200

1200

400

4000

—

1000

—

300

—

丁

一、二级

三级

四级

不限

3

1

不限

3000

2100

3000

1000

7