淺析EVA裝置料倉閃爆原因及預防措施

程明浩，徐 帥，耿昊天，劉陽龍

（中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103）

近年來，聚烯烴生產過程中料倉閃爆的事故越來越多[1]。該問題成了困擾石化企業的一個重大安全隱患，自然也困擾著某公司EVA裝置。

該公司裝置采用美國埃克森美孚公司專利技術，采用聚合級乙烯為原料，有機過氧化物為引發劑，異丁烯或正丁烷為分子量調整劑，通過高溫、高壓技術在反應釜內進行本體聚合反應，可生產高VA、高MI牌號。主要產品為EVA膜料、涂層料、熱熔膠、電纜料及注塑料等。裝置設計年操作時間8000 h，生產能力為10萬t/a。生產工藝流程分壓縮、聚合、分離、擠壓造粒、風送摻混和產品送料包裝等主要單元[2-3]。

風送與摻混系統中共有12臺均化料倉，1臺次品料倉。每個料倉容積均為367m3，另有2臺包裝/摻合料倉容積為360m3，主要作為產品的儲存、摻混、脫氣和分析。裝置投產后，其產品摻混和輸送系統將產生大量的粉塵，致使風送區域風機入口過濾網阻塞頻繁，影響正常生產。同時也嚴重污染了周邊環境。而料倉由于含塵太高，存在易燃性氣體乙烯，容易產生靜電積聚現象，有發生粉塵爆炸和料倉閃爆的風險[4-5]。

1 閃爆的危害

1.1 何為閃爆

所謂閃爆，就是當易燃氣體在一個空氣不流通的空間里，聚集到一定濃度后，一旦遇到明火或電火花就會立刻燃燒膨脹發生爆炸。一般情況只是發生一次性爆炸，如果易燃氣體能夠及時補充還將多次爆炸。

1.2 經濟損失

當料倉發生閃爆的時候，首先受到影響的是產品質量。整倉的產品在瞬間高溫下會變得焦黃，部分甚至變成炭黑，導致料倉內物料的熔融降級，直接影響到產品的質量和經濟效益，

另一方面，瞬間高溫將使得大部分物料融化結塊，這也直接影響到進料、摻混、送料等正常生產工藝，嚴重的話，甚至導致整個裝置停車檢修處理，所造成的直接和間接經濟損失是巨大的。

1.3 發生火災

一旦料倉閃爆壓力過大，會造成料倉頂部爆破，設備受損，嚴重時甚至釀成火災，造成人員傷亡，致使大面積停工，同時引發一系列環境污染等。這樣的事故屢見不鮮。所以對于聚烯烴料倉閃爆的危險性越來越受到石化行業的專家和相關技術人員的關注和研究。其中EVA粒子相對聚乙烯和聚丙烯顆粒更易粘連結團，容易在輸送過程中堵塞管道或在下料旋轉閥處引起架橋現象，同時反應釜內乙烯轉化率約為12%～19%，殘留的乙烯較多，這都將導致料倉閃爆的風險大大增加。因此對于EVA裝置的料倉閃爆將作為重大隱患來對待。

2 料倉閃爆原因分析

2.1 料倉內可燃氣體積聚

通常，料倉閃爆有粉塵引起的閃爆，可燃氣體引起的閃爆和粉塵加可燃氣體混合引起的閃爆這三種情況。但任何一種情況引起的閃爆，均具備下列三個條件：粉塵或可燃氣體達到爆炸極限濃度，空氣中具備一定的氧含量和具有一定點火能力的著火源。

目前國內外料倉閃爆[6-7]的主要原因是料倉內可燃氣體的含量嚴重超標。對于EVA裝置，一方面，由于工藝參數控制不夠理想，如聚合反應系統轉化率較低，高壓循環系統結垢堵塞，高壓分離罐和低壓分離罐的脫氣能力不足等，致使大量易燃性氣體乙烯溶解于熔融混合物料中進入造粒系統；另一方面，乙烯于造粒的過程中在EVA顆粒內部仍有殘留，顆粒進入料倉后，這些乙烯氣體就慢慢散發到顆粒表面。隨著顆粒不斷進入料倉，乙烯氣體不斷的從顆粒中逸出，倉內的可燃氣體濃度會逐漸增大，很容易就使料倉內可燃氣體達到爆炸極限濃度。而當可燃氣體濃度上升，其最小著火點也隨著降低，更加容易發生爆炸，如圖表1所示[6]。

表1 部分可燃性氣體的爆炸特性Tab.1 Explosion characteristics of some flammability gases

2.2 料倉內粉塵較多

在EVA生產過程中，由于切粒刀磨損鈍化等原因，切出來的粒子形狀不規整，易形成帶尾料。EVA料子在輸送管道內高速的運動，顆粒與顆粒、顆粒與管壁之間磨損嚴重，加上輸送管道內壁經過特殊處理的“Rough Rolled”效果已越來越不明顯，這樣就產生大量的粉塵隨著產品進入料倉。同時粉塵收集系統中旋風分離器的分離效果，也隨著時間的推移會慢慢降低。當粉塵含量達到一定程度即爆炸下限濃度時，極易發生爆炸，放出大量熱能，同時瞬間積聚的巨大壓力釋放開后，附件設備，管線和周圍的粉塵隨之飛揚，再次與空氣混合產生二次爆炸。部分爆炸性粉塵的相關參數如圖表2所示[6]。

表2 部分爆炸性粉塵的爆炸特性Tab.2 Explosion characteristics of some explosive dust

尤其需要注意的是，料倉內存在可燃氣體和粉塵所形成的混合物質，其爆炸下限比單種物質的爆炸下限還要低。此外，裝置脫氣風選用的是工廠風，說明料倉內存在一定的氧氣含量，其危險程度顯而易見。

2.3 存在靜電放電的可能

閃爆的三要素之一是具有一定點火能力的著火源，但EVA產品料倉爆炸的著火源通常是靜電放電。

EVA粒子從擠壓機切粒、后續的離心干燥、管道輸送到摻混過程中都處于流動狀態，粒子始終和管壁及設備內壁發生碰撞和摩擦。同時顆粒間也彼此碰撞和摩擦。頻繁的碰撞和摩擦使得不同粒子變成正的和負的帶電體。產生靜電后不斷積累的靜電電荷超過一定電場強度后，將以不同形式發生靜電放電現象。

3 預防和改進措施

3.1 聚合單元的操作控制

提高反應釜內乙烯氣體的轉化率，盡可能讓乙烯和VA聚合生成EVA。如通過將反應釜控制在最佳的溫度和壓力下，降低乙烯進料氣的溫度，提高反應釜底部溫度等提高乙烯氣體的轉化率。對于高壓循環系統，應盡量延緩其結垢。當壓差過大時，應及時進行高循除垢，避免高壓分離器壓力過高，有利于乙烯在EVA混合物中分離。對于低壓分離罐，溫度不能太低且壓力不能太高，否則乙烯溶解于熔融混合物料中過多，將延長脫氣時間，壓力不能太低，否則不利于擠壓造粒。

總言之，在EVA裝置的聚合單元，應盡量維持在一個最優的工藝參數下操作，盡可能的消耗乙烯或通過分離罐脫氣將未反應的乙烯循環利用。

3.2 擠壓風送單元的操作控制

擠壓機開車時，應將切刀調整至合適位置，控制好切粒水溫度，避免過冷或過熱。切刀需及時進刀，切刀磨損或鈍化后應及時換刀，以獲得符合要求的粒子。當生產高MI高VA牌號時，可以考慮在擠壓機添加抗粘結劑，或在加入異丁烯的同時，增加正丁烷作為調節劑，以期在粒子表明形成一種類似的“潤滑膜”，可在一定程度上防止粒子粘連結團。

料倉自有料進入就需要啟動風機脫氣，且進行“低液位操作”，尤其是生產高MI高VA牌號時，液位可控制在60%左右。這樣有利于將粒子在料倉中釋放出的乙烯氣吹掃至RTO焚燒，避免乙烯氣積聚。統籌規劃各料倉間的進料和摻混，對裝有粒料的料倉，進行不間斷的摻混，使粒子保持一定的流動，避免粒子粘連。當切換牌號時，及時清洗料倉中的粉塵。

同時加強巡檢，檢查風機的投用狀況。定期檢查和測試風送系統防靜電跨接和接地電阻。定時對旋風分離器，風機出入口過濾器等進行檢查和清理，確保通風正常。

3.3 料倉設計方面

為了防止料倉外壁因日曬過熱，造成EVA粒子粘連，料倉外壁都需要通過保溫遮擋陽光。可在每個料倉頂部出風口處安裝可燃氣體監測儀，這樣一當料倉內可燃氣體超標就會報警，能夠及時采取措施處理。料倉頂部還需增設操作平臺,并接入公用管線如氮氣、消防水、工業水等，便于對料倉進行清洗，檢修和緊急施救等。為了減少靜電積累的危險，所有管線和設備都要進行靜電跨接，還可以在料倉頂部物料入口安裝靜電消除器和靜電檢測儀。

脫氣料倉最低脫氣流量要求是專利商的一個安全要求。脫氣流量根據最大允許烴含量爆炸下限LEL的50%值來確定。脫氣料倉和擠壓機顆粒緩沖料斗內需維持連續的脫氣流。其中脫氣料倉BN-800A-M，每臺料倉各配有一臺單獨的脫氣風機，風機提供脫氣空氣來維持料倉內烴類氣體含量低于爆炸下限LEL的50%，并將含烴的氣體送到廢氣處理系統。脫氣風機事故時，配有一臺公用備用脫氣風機為脫氣料倉BN-800A-M提供脫氣空氣。出于安全考慮，備用風機能在8s以內啟動并正常運行。這是自動系統，在低低流量或者低低壓力時自動啟動備用風機。另外，脫氣料倉配有氮氣作為脫氣的備用氣，在電力事故時，要手動啟動氮氣備用線，向正在進料的脫氣料倉和剛裝完料的脫氣料倉內充氮氣。

長期以來，本裝置使用的羅茨風機其空氣出口溫度較高，這使得進入料倉的大風量溫度比較高。為了降低風機出口溫度，可以在風機出口增設一個換熱器，這樣可以大大降低料倉的進風溫度。

4 結語

通過介紹閃爆的危害和引起閃爆的原因，針對EVA裝置提出了預防和改進措施，如精心控制反應單元的參數，盡可能多的消耗乙烯或通過循環系統回收乙烯；擠壓機切刀盡量切出合格粒子；加強巡檢、料倉設計方面所需注意的事項等。將對防止料倉閃爆起到非常好的效果，也將為料倉系統的安全生產提供有力的保障。