氯化工艺自控改造设计方案.docx

1、氯化工艺自控改造设计方案1、非常用的术语、符号和代号说明氯化聚乙烯：氯化聚乙烯是由高密度聚乙烯 (HDPE)经氯化取代反应制得的高分子材料。根据结构和用途不同，氯化聚乙烯可分为树脂型氯化聚乙烯 (CPE)和弹性体型氯化聚乙烯 (CM) 两大类。氯化聚乙烯，为饱和高分子材料，外观为白色粉末，无毒无味，具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能，具有良好的耐 油性、阻燃性及着色性能。韧性良好 (在一 30仍有柔韧性 )，与其它高分子材料具有良好的相容性，分解温度较高。本项目产品为树脂型氯化聚乙烯。2、建设项目概况2.1 设计范围本设计的范围是衡山县天马化工有限责任公司氯化聚乙烯危险工艺自控改

2、 造的方案设计。具体设计范围包括： 10000 吨年氯化聚乙烯生产装置氯化工段自控改造方案设计。2.2 项目建设单位内部基本情况衡山县天马化工有限责任公司位于衡山县开云镇， 原枣强县马屯镇工业区废弃水暖厂内， 厂区西侧 (距离围墙 )6 米处为民用房 (现已无人居住 )。北侧 300 米处为东方衡强绿色纸业有限公司和枣强兴旺塑料助剂有限公司； 南侧距离厂区围墙8 米处为民用房 (现已无人居住 )，东侧为马路，路东为空地。公司成立于 2006 年3 月 24 日，属于有限责任公司，经营范围为：加工制作氯化聚乙烯。拥有一套生产能力年产 10000t 氯化聚乙烯生产装置。公司技术力量雄厚，厂区占地面

3、积23000 平方米，法人代表马春玲；现有职工 29 人，其中专职安全管理人员 2 人。负责安全生产管理工作，做好危险化学品的安全生产和管理。根据国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通 知(安全总管三 200S116 号)文件的要求。该企业委托济南石油化工设计院对氯化聚乙烯危险工艺进行自动化控制及安全联锁技术改造工作， 以规范企业的安全生产管理、 降低工艺装置的安全风险、 防止安全事故的发生， 同时强化企业的安全生产基础、提升本质安全水平。3.1 生产工艺流程简介3、工艺介绍该项目为氯化危险化工工艺自动化控制方案设计， 涉及氯化聚乙烯氯化工段工艺控制参数，车间设有四条氯化反

4、应生产线，分别含氯化釜、液氯钢瓶、氯气 缓冲罐及相应的配套管线， 该工艺为间歇生产， 以液氯和聚乙烯为原料， 在氯化釜内进行反应得到氯化聚乙烯，然后进行中和、水洗、脱水、干燥等操作，最终 制得氯化聚乙烯产品。目前氯化危险工艺操作及控制现状如下：(1) 、原料特性：液氯为钢瓶储存，聚乙烯为固态储存。(2) 、氯化工序：向氯化釜中打入定量的水，再经投料孔投入适量高密度聚乙烯及少量助剂（聚甲基丙烯酸钠、聚氧乙烯蓖麻油、过氧化苯甲酰） 。关闭人孔后开启搅拌装置同时打开蒸汽及氯气缓冲罐阀门。反应釜缓慢升温至 130， 该过程约需 4h，在升温过程中严格控制氯气流速，使定量的氯气在 4h 充入反应釜内，釜

5、内压力控制在 0.40.6Mpa 范围内。当温度升至 130时关闭蒸汽阀门， 停止加热。然后采取循环冷却水进行冷却降温，当温度降至 95时，打开泄压阀门。反应完成后再进行搅拌半小时，使反应完全，反应尾气进入尾气回收塔，与回收塔内的氢氧化钠溶液中和生成氯化钠溶液，然后排入中和池。(3) 温度控制靠手动调节阀门完成，温度、压力仪表采用数字显示仪表进行测量显示；投料量、降温水、加温蒸汽和蒸汽疏水全部依靠手动完成。反应方程式如下：CL2 + C 4H8n C4H7CL1n + HCL3.2 生产设备及物料简介该氯化工艺涉及生产设备主要有氯化釜、 液氯钢瓶、 氯气缓冲罐等， 该项目设四套氯化反应系统，设

6、备具体型号、参数见下表表 31 主要工艺设备一览表设备名称 数量是否特序 规格 操作条件材质压号型号温度力/MPa1氯化釜5000L41300.8搪玻璃2液氯钢瓶1t4常温1.116MnR3氯气缓冲罐0.3m32常温0.816MnR介质 备注种设备氯气、聚乙烯是 立式液氯 是氯 是该工艺涉及物料主要有液氯、聚乙烯、氢氧化钠溶液、过氧化 (二)苯甲酰， 其中液氯、氢氧化钠溶液、过氧化 (二) 苯甲酰被列入危险化学品名录 (2002 年版)，属于危险化学品。物质主要性能指标及危险性结果见下表：表 32 主要危险物质分布表序号名 称危险货物编号闪点()功 能备 注1液氯23002无意义反应原料剧毒2

7、氢氧化钠溶液82001无意义辅料腐蚀品3过氧化(二)苯甲酰52045无意义助剂易燃品本项目危险化学品的危险有害特性具体分析见下表：表 33液氯的主要性能指标及危险性中文名称氯英文名称chlorine别名分子式Cl 2外观与性状 黄绿色、有刺激性气味的气体。分子量70 9l蒸汽压熔点-101溶解性 易溶于水、碱液。密度2.48 相对蒸气密度 (空气 =1)：稳定性危险标记 第 2.3 类有毒气体 主要用途 用于漂白，制造氯化合物、盐酸、聚氯乙烯等。一、健康危害侵入途径：吸入、接触。皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗。就医眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医对眼、呼吸道

8、粘膜有刺激作用。急性中毒：轻度者有流泪、咳嗽、咳少量痰、胸闷，出现气管炎和支气管炎的表现；中度中毒发生支气管肺炎或间质性肺水肿，病人除有上述症状的加重外，出现呼吸困难、轻度紫绀等； 重者发生肺水肿、昏迷和休克，可出现气胸、纵隔气肿等并发症。吸入极高浓度的氯气，可引起迷走神经反射性心跳骤停或喉头痉挛而发生“电击样 死亡。皮肤接触液氯或高浓度氯，在暴露部位可有灼伤或急性皮炎。慢性影响：长期低浓度接触，可引起慢性支气管炎、支气管哮喘等；可引起职业性痤疮及牙齿酸蚀症。二、泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并立即进行隔离，小泄漏时隔离 150m ，大泄漏时隔离 450m，严格限制出入。建议应急

9、处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防毒服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能，用管道将泄漏物导至还原剂 (酸式硫酸钠或酸式碳酸钠 )溶液。也可以将漏气钢瓶浸入石灰乳液中。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。三、防护措施呼吸系统防护：空气中浓度超标时，建议佩戴空气呼吸器或氧气呼吸器。紧急事态抢救或撤离时，必须佩戴氧气呼吸器。眼睛防护：呼吸系统防护中已作防护。身体防护：穿带面罩式胶布防毒衣。 手防护：手套。其他防护：工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作完毕，淋浴更衣。保持良好的卫生习惯。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护。

10、四、急救措施迅速脱离现场至空气新鲜处。呼吸心跳停止时，立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。就医。表 3 4 氢氧化钠溶液的主要性能指标及危险性中文名称 氢氧化钠英文名称 Sodiun hydroxide ； Caustic soda别名 苛性钠；烧碱；火碱；固碱分子式 NaOH 外观与性状 白色不透明固体，易潮解分子量 40.01 蒸汽压 0.13kPa(739 )熔点 318 4沸点： 1390 溶解性 易溶于水、乙醇、甘油，不溶于丙酮密度 相对密度 (水=1)2.12 稳定性 稳定用于肥皂工业、石油精炼、造纸、人造丝、危险标记 20( 碱性腐蚀品 ) 主要用途一、健康危害侵入途径：吸入、食入

11、。染色、制革、医药、有机合成等健康危害：本品有强烈刺激和腐蚀性。粉尘或烟雾刺激眼和呼吸道，腐蚀鼻中隔；皮肤和眼直接接触可引起灼伤；误服可造成消化道灼伤，粘膜糜烂、出血和休克。二、泄漏应急处理隔离泄漏污染区， 周围设警告标志， 建议应急处理人员戴好防毒面具， 穿化学防护服。 不要直接接触泄漏物， 用沽消的铲子收集于干燥净沽有盖的容器中，以少量加入大量水中，调节至中性，再放入废水系统。也可以用大量水冲洗，经稀释的洗水放入废水系统。如大量泄漏，收集回收或无害处理后废弃。三、防护措施呼吸系统防护：必要时佩带防毒口罩。眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。防护服：穿工作服 (防腐材料制作 )。手防护：戴橡皮手套

12、。其它：工作后，淋浴更衣。注意个人清洁卫生。四、急救措施皮肤接触：立即用水冲洗至少 15 分钟。若有灼伤，就医治疗。眼睛接触：立即提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗至少 15 分钟。或用 3硼酸溶液冲洗。就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。必要时进行人工呼吸。就医。食入：患者清醒时立即漱口，口服稀释的醋或柠檬汁，就医。灭火方法：雾状水、砂土。表 3 4 过氧化(二)苯甲酰的主要性能指标及危险性中文名称 过氧化 (二)苯甲酰英文名称 benzOyl superOxide别名 过氧化苯甲酰分子式 C 14H10O4 外观与性状 白色或淡黄色细粒，微有苦杏仁气味。分子量 242.23 蒸汽压熔点

13、103( 分解 ) 溶解性微溶于水、甲醇，溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、二硫化碳等。密度 1.33 相对密度 (水=1) 稳定性危险标记 第 5 2 类有机过氧化物 主要用途一、健康危害侵入途径：吸入、食入。用作塑料催化剂，油脂的精制，腊的脱色，医药的制造等。本晶对上呼吸道有刺激性。对皮肤有强烈刺激及致敏作用。进入眼内可造成损害。二、泄漏应急处理隔离泄漏污染区，限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴防尘面具 ( 全面罩 )，穿防毒服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏：用惰性、潮湿的不燃材料混合吸收。大量泄漏：用水润湿，与有关技术部门联系，确定清除方法。三、防护措施呼吸系统防护：可能接触其粉尘时，应该佩

14、戴头罩型电动送风过滤式防尘呼吸器。眼睛防护：呼吸系统防护中已作防护。身体防护：穿聚乙烯防毒服。手防护：手套。其他防护：工作现场严禁吸烟。工作完毕，淋浴更衣。注意个人清洁卫生。四、急救措施隔离泄漏污染区，限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴防尘面具 ( 全面罩 )，穿防毒服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏：用惰性、潮湿的不燃材料混合吸收。大量泄漏：用水润湿，与有关技术部门联系，确定清除方法。3.3 公用工程依托情况1) 供配电该公司生产车间用电为二级负荷， 用电由衡水市马屯镇供电所提供； 厂区内设置 315KVA 变压器一台，同时设置一台 150KW 发电机组作为生产及消防用电的备用电源，该项目

15、自动化控制 DCS 系统用电负荷为一级负荷， DCS 系统采用UPS 不间断电源供电，保证 DCS 系统及现场仪表至少工作 30min，能够满足本项目需求。2) 冷却水本项目氯化釜降温控制设计为循环水降温系统， 平时使用循环水降温， 如果在紧急处理中需要用循环水进行降温处理， 公司设 300m3 循环水池一座， 循环水泵流量最大可达到 150t/h，能够满足生产需要。4、危险化工工艺辨识4.1 危险化工工艺辨识依据国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通 知(安全总管三 20091 16 号)文件，氯化是是化合物的分子中引入氯原子的反应，包含氯化反应的工艺过程为氯化工艺，主要

16、包括取代氯化、加成氯化、氧氯化等。涉及氯化反应的工艺过程为氯化工艺。本项目生产采用聚乙烯与液氯中的氯反应生成氯化聚乙烯， 其反应为取代氯法，因此该反应属于氯化工艺，并且属于文件中列举的典型氯化工艺。4.2 危险化工工艺的危险特点(1) 主要原料聚乙烯属于可燃物品。(2) 氯化剂 (原料)液氯具有高毒性、助燃性；氯气具有强高毒性，可致人体中毒、甚至死亡，可造成大气污染；接触空气易形成酸雾，腐蚀性和高毒性很大。(3) 聚乙烯和液氯投料顺序颠倒、液氯进料速度过快、搅拌电机故障或搅拌桨脱落、未及时开启冷却水、冷却水流量过低、冷却水上水温度过高等，都有可能造成反应温度异常升高，使氯化反应引起火灾或爆炸事

17、故。(4) 经查有关资料，当氯化反应初期反应温度低时，加入液氯速率不宜过快。 原因是初期反应温度低， 液氯引入氯化釜后未充分反应； 随着反应进行， 放出的热量逐渐累积， 使氯化釜温度逐渐升高至适宜反应温度， 大量液氯与聚乙烯剧烈反应，使反应得不到有效控制，容易引发生产事故。4.3 氯化聚乙烯工艺危险与可操作性研究分析 (HAZOP)1、原料分析：衡山天马化工有限公司生产氯化聚乙烯主要原料为聚乙烯， 属于可燃物； 氯化剂液氯具有高毒性和氧化性、 助燃性， 原料液氯为危险化学品， 氯化反应过程放出大量热，操作不当有爆炸危险。2、工艺过程分析(1) 氯化反应是放热反应，若在反应过程中得不到有效的冷却

18、和良好的搅拌反应热的积聚有可能引起超温， 导致剧烈的反应。 放出更多的热量， 可能发生起火或爆炸事故。(2) 由于生产所需的聚乙烯是可燃物，而氯化剂液氯是强氧化剂，二者相互作用的条件下进行氯化反应是十分危险的， 已经具备了燃烧的条件。 加料速率过快或超量加入液氯， 夹套循环降温水流量不足， 反应体系带水， 搅拌脱落造成搅拌不均局部过热，均会产生超温，导致燃烧或爆炸事故。(3) 低温氯化反应时，应严格控制反应温度，若控制的温度过于偏低，反应速度较慢， 可能积累较多的未反应物料， 使反应物料浓度增加， 当恢复到较高正常的反应温度时，剧烈反应，瞬间放出大量的热导致超温，引起爆炸事故。(4) 生产过程

19、中，所用氯化剂液氯有强烈的高毒性和助燃性，若泄露会造成中毒、烧伤、腐蚀等危害，遇水放出大量热量生成稀酸放热，所以使用过程中应严加防护，禁止泄漏。3、针对氯化聚乙烯生产氯化工艺所涉及的原料和具体工艺过程，确定整个工艺过程的危险性可操作性研究分析 (HAZOP) 及工艺控制参数设定如下：氯化危险化工工艺的 HAZOP 分析：对于间断性氯化聚乙烯生产工艺， 准备工作比较繁琐。 对间断陛反应氯化聚乙烯生产工艺的 HAZOP 研究的是分析过程。 在当聚乙烯投料定量情况下，在工艺生产过程中重点监控对象就是液氯流量， 氯气和聚乙烯反应生产氯化聚乙烯为一典型的间歇操作过程， 先在氯化釜投入定量聚乙烯和水搅匀后

20、， 氯化釜温用蒸汽升温至反应起始温度后通入液氯， 进行聚乙烯氯化反应， 反应完成后得到产品氯化聚乙烯。详见附图工艺流程图。可操作性分析表见表氯化聚乙烯工艺危险与可操作性表研究分析引导词偏差可能原因可能后果安全措施必要对策缓冲罐内无物1、无物料1、液氯外泄易1、紧急切断阀1、定期检查维None料2 、液氯管线破裂发生中毒事故2、缓冲罐增加安全阀护阀门、管线2、缓冲罐增加空白3 、液氯输送管线堵塞3、安装液氯浓度检测器高限报警液位变送器3、缓冲罐增加高低限报警压力变送器氯化釜温度底1 、蒸汽升温过1、此时如果通1、对反应釜温1、反应釜温度程未完成入过量液氯容度进行检测低低限与液氯易引起爆炸事进料切

21、断阀联故锁氯化釜搅拌电1 、搅拌桨叶脱1、搅拌效果降1、配电室安装1、电流变送器流小落低，氯化釜内局电流变送器设置低低限与2 、氯化釜内物料液面低部升温过快， 引起爆炸事故液氯进料紧急切断阀联锁。Less2、定期检查维少护搅拌连接紧密性3、定期检查维护电气一次、 二次回路循环水流量过1 、循环水泵故1、氯化釜内温1、对循环水管1、循环水管线低障度失控引起爆线流量进行检流量低低限联2 、输送管线堵炸事故测锁关液氯进料塞阀氯化釜温度过1 、氯化釜内反1、氯化釜温度1、对反应釜温1、氯化釜内温高应剧烈过高引起爆炸度进行检测度高高联锁液2 、液氯通入量过大事故氯进料阀氯化釜压力过1 、氯化釜内反1、氯

22、化釜压力1、对反应釜压1、氯化釜内压大应剧烈过大引起爆竹力进行检测力高高联锁液2 、液氯通入量事故2、增设安全阀氯进料阀过大液氯进料量过1、调节阀故障1、氯化釜内反1、对液氯管线1、液氯流量联大More氯化釜搅拌电流大1、电动机故障2、搅拌堵转1、搅拌效果降低，氯化釜内局1、配电室安装电流变送器1、电流变送器设置低低限与部升温过快， 引液氯进料紧急起爆炸事故切断阀联锁。2、定期检查维护搅拌连接紧密性3、定期检查维护电气一次、 二次回路Otherzhan异常运转1 、误操作电力系统故障停电1、循环冷却系统不能及时保1、备用电源2、备用循环水1、定期检查备用电源，保证其其它供水、搅拌系统证泵处于良

23、好状态多应过于剧烈引起爆炸事故流量进行检测锁不允许超过高高限停止2、搅拌停局部反应过于剧烈2、供水系统应保持循环引起爆炸3、提高生产人员操作水平管道泄漏破裂 1、阻塞1、潜在的主要1、培训人员就2、腐蚀设备损坏急处理能力， 并3、焊接质量2、氯气泄漏，制定事故处理4、有缺陷5、高压引起中毒事故和紧急防灾预案2、在运行前，对设备、管道进进检测和 X 光探伤3、定期对设备进行检验检查4、罐子配合焊接部位采用标准件用 HAZOP 分析方法对生产运行和操作进行分析， 考虑到氯气泄漏的危险后果，需要增加安全措施，以保证氯气储运、氯化釜的安全运行。得出在正常的生产运行情况下，应增加安全措施液氯管线止回阀、

24、液氯管线紧急切断阀、 DCS系统及仪表设备备用电源、 氯化釜紧急放料阀， 对事故的发生能起到阻止和中断作用。能满足生产需要。DCS 控制、联锁工艺参数设定(1)氯化反应温度正常反应温度范围 120-130反应温度高限报警温度 135反应温度高高限报警并安全联锁温度 140反应温度超高限报警并安全泄放温度 145反应温度 70，不允许开液氯切断阀(2)氯化反应循环冷却水流量循环冷却水流量 9t/h 低限报警循环冷却水流量低低限 8t/h 报警并安全联锁(3)氯化反应釜搅拌电机低低限报警并安全连锁电流 20A氯化反应釜搅拌电机低低限报警并安全连锁电流 42A (4)氯化剂流量正常反应流量范围 0-

25、500kgh流量高限报警 600kgh流量高高限报警并安全联锁 650kgh每釜投氯量达到 2000Kg 流量计累计设定值提前报警并安全联锁。(5)储运液氯钢瓶重量正常重力传感器重量范围减去钢瓶重量后 81000kg；重量 8kg 至缓冲罐阀门关。5、危险化工工艺自控方案5.1 危险化工工艺重点监控工艺参数依据国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通 知(安全总管三 200911 6 号)及相关文件，结合本项目工艺特点，确定项目危险工艺重点监控工艺参数设置见下表：表 5-1 氯化聚乙烯反应重点监控工艺参数表序号设计监控参数仪表安装位置备注1氯化釜温度： 120130反应釜顶部

26、液相温度测量及远传2 氯化釜搅拌电机电流：20A42A 搅拌电机配电柜信号远传联锁4冷却水流量 812t/h循环水进水管信号远传、报警、联锁5冷却水进水温度氯化反应釜进水管信号采集远传、报警6氯化釜压力： 0.40.6Mpa反应釜顶部反应釜压力测量及远传5.2 危险工艺反应系统监测仪表设置该项目危险工艺反应安全监测仪表设置如下：表 53 氯化聚乙烯反应系统监测仪表设置一览表序号 测控变量 数量 联锁参数 功能 备注报警解除后检查设1 氯化釜温度 4氯化釜搅拌2 4电机电流3 循环水流量 44 氯化釜压力 4温度达到 140时，液氯进料管线阀门关闭， 145时排料阀门开启电流 (低于 )20A

27、或者高于42A 时关进料阀门流量低于 8t/h 联锁关液氯阀温度达到 0.65Mpa 时，排料阀门开启控制室显示、高、超高位报警、联锁关阀控制室显示报警、联锁关阀停车控制室显示报警、联锁关阀控制室显示、高位联锁，联锁开阀控制室显示，高限施核定流量、通知现场人员撤离稳定后处置倒罐后检查搅拌方可继续反应修复循环水系统通知现场人员撤离稳定后处置5 液氯进料流量 4 与氯化釜及温度联锁报警、调节设有切断阀该项目在每套氯化反应系统上设电动调节阀 2 台，电动切断阀 2 台，电动调节阀选用 HTS 型单座调节阀， 阀门法兰公称直径 DN50 ，液氯管线调节阀及切断阀阀芯、阀座材质应耐液氯环境，蒸汽、冷却水

28、管线阀门采用碳钢材质，详见附 件：管道及仪表流程图。5.3 联锁、报警设置依据国家安全监管总局关于公布首批重点监管的危险化工工艺目录的通 知（安全总管三 2009116 号）及相关文件，该项目危险工艺反应安全控制基本要求如下表：表 54 氯化危险化工工艺安全控制设置参数表序号 测控变量 联锁参数 备注温度达到 140关闭液氯化釜温度高报警及高1高联锁温度达到 140液氯进料管线阀门关闭，达到145时放料阀找开氯进料阀，如果温度继 续升高到 145，反应釜排料阀打开。氯化釜搅拌电机电流异2常联锁3 冷却水上水流量低联锁4 液氯进料流量氯化釜压力高高报警及5高高联锁氯化釜温度未达到起始6反应温度氯化釜温度达到起始反7应温度8 液氯钢瓶重量电流低于 20A 或者高于42A 时关进料阀门流量低于 8t/h 限位关闭液氯进料阀门控制液氯瞬时流量650kg/h压力达到 0.62Mpa 时液氯进料管线阀门关闭、达到 0.65M