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聚合工艺高危储存设施
重点参数监控安全控制
指导意见
（试行）
锡市民政府安委会专家组石油化工综合组
20107 第 2 页 24 页
前 言
根国家安监总局 关公布首批重点监危险化工工艺目录
通知（安监总三〔 2009〕116 号）省安监局关规范化工
企业动控制技术改造工作意见 （苏安监〔 2009〕109 号）等文
件精神受锡市安监局委托 锡恒禾工程咨询设计限公司
组织专家编制 聚合工艺高危储存设施重点参数监控安全控
制指导意见市政府安委会专家组石化综合组专家审定
供关企业单位实施聚合工艺高危储存设施动控制程中
参考
编制时间较紧指导意见会完善欠缺处
请时反馈便进步修改完善
新建聚合工艺生产装臵高危储存设施 设计建设阶
段应落实指导意见中提出关意见建议 现装臵设施
改造程中涉特种设备 应严格特种设备理求统筹
进行
2010 年 7 月第 3 页 24 页
聚合工艺高危储存设施重点参数监控安全控制
指导意见 （试行）
第部分 聚合工艺
聚合工艺普遍应塑料合成橡胶化学纤维涂料等工业中
生产高分子聚合物反应 根反应机理 聚合工艺分
逐步聚合连锁聚合 连锁聚合中分基型聚合 离子（阴离子
阳离子） 型聚合配位络合聚合 聚合方法分分体法 溶
液法乳液法悬浮法等聚合方法
11 聚合工艺特点安全操作影响
高放热高粘度聚合工艺特点带压操作许聚合工艺
操作条件少数超高压聚合工艺反应压力甚超 250MPa
表 11 常见聚合工艺温度 压力条件
聚合物名称 反应温度（ ℃） 反应压力（ MPa） 聚合方法
高压聚乙烯 150～300 100～350 体聚合
中压聚乙烯 100～270 20～70 溶液聚合
低压聚乙烯 50～90 常压～ 30 溶液聚合
聚丙烯 50～80 03～10 溶液聚合
聚苯乙烯 80～200 常压～ 02 体悬浮聚合
聚氯乙烯 40～70 08～12 体悬浮聚合
丁苯橡胶 5～12 01～10 乳液溶液聚合
环氧树脂 50～155 常压第 4 页 24 页
聚合工艺作化学反应种遵循化学反应动力学基原理
反应动力学告诉 反应速度反应物浓度 反应级数反应温度
函数反应体系中反应物浓度越反应级数越高温度越高 反应
速度越快 浓度反应级数定情况 温度反应速度敏感程
度取决该反应活化 活化越越敏感反应温度 400℃
活化 293KJmol温度升高 9℃时反应速度提高 1 倍放热
反应言说单位时间反应放出热量原 2 倍
聚合工艺控制反应物浓度温度反应安全进行具非常重
意义
反应动力学原理知聚合工艺中旦系统移热速率
反应放热速率时 反应温度会升温度升会反应加速
放热速率加快 放热速度加快系统移热速率更加 反应温度更
加升高 ⋯⋯ 样形成恶性循环 直发生事 反应强放热
聚合工艺发生事根原 生产中暴聚现象种恶性循环结
果暴聚发生密闭容器中会引起压力升高导致爆炸事 发生
常压容器中 会反应液出现暴沸产生料现象 容器通气口较
法时释放暴沸产生量物料蒸汽时 会压力升高引起爆
炸参加聚合工艺原料燃 易燃易爆物质 反
应器超压产生物理性爆炸料极引起火灾化学爆炸
等果更严重次生事
聚合工艺程反应物分子链长逐渐增长程着链断增
长反应器物料粘度断增 方面液体部流传热作越第 5 页 24 页
越弱液体中心反应热时传递冷壁面造成中心部位
热方面着粘度增 冷壁面物料滞留层越越厚 物
料侧传热膜系数越越 致总传热系数越越 传热速率
越越 导致热量时传出产生超温现象 引发事
聚合工艺物料高粘度传热恶化原
12 聚合工艺安全操作策措施
121 选择适聚合方法聚合工艺
常见聚合方法体聚合 溶液聚合乳液聚合悬浮聚合等四种
表 12 四种常聚合方法较
聚合方法 体法 溶液法 乳液法 悬浮法
引发剂种类 油溶性 油溶性 水溶性 油溶性
温度调节 难 稍易溶剂载热
体 易水载热体 易水载热体
分子量调节 难分布宽分
子量
易分布窄分子
量
易分布宽分子
量
难（体法）
分布宽分子量
反应速度 快初期需低温
反应徐徐进行 慢溶剂 快选乳化剂
速度加快
快水温搅拌
调节
装臵情况 温度高强搅
拌
溶剂回收单
体分离造粒干燥
设备
水洗滤 干燥设备
聚合物性质
高纯度直接
成型混单体
塑性
精制溶剂连
聚合物端部色
聚合物低
需乳化剂分离
未反应单体易热
电稳定性差
高纯度宜成
型直接粒状
物水洗干燥易
制发泡物
体发含单体少
实
例
聚合物
溶单
体
聚甲基丙烯酸甲
酯聚苯乙烯
聚乙烯基醚聚
丙烯酸酯
中压聚乙烯聚醋
酸乙烯聚丁二烯
聚丙烯酸乙丙橡
胶
丁苯橡胶丁腈橡
胶聚氯乙烯丙
烯腈 丁二烯 苯乙
烯聚体
聚苯乙烯聚醋酸
乙烯聚甲基丙烯
酸甲酯聚丙烯酸
酯
聚合物
溶
单体
高压聚乙烯聚
氯乙烯
低压聚乙烯丁基
橡胶聚异丁烯
聚氯乙烯聚丙烯
腈
体聚合优点产品纯度高需少处理设备第 6 页 24 页
缺点转化率增高粘度高流动传热困难 温度易控制 容易
发生暴聚
溶液聚合溶剂存条件进行聚合反应溶剂存物
料粘度会太高 利物料流动传热 时利溶剂汽化
反应热带出反应釜 冷凝回流进反应釜 解决反应釜容积放
带反应器单位体积换热面积减产生传热率矛盾 产品
均分子量较低
悬浮聚合单体珠滴分散水中体聚合珠滴均认
反应系统 珠滴 反应热通 02～04 毫米距离
传递周围水中 通水流反应热传冷壁面
水粘度较 反应器搅拌效果较 较容易解决传热问题 反应
温度控制较体聚合容易 反应稳易发生暴聚 缺点生产难
连续化外液滴适宜 需加入分散剂等助剂 必须增加
杂分离干燥等处理工序
乳液聚合反应物流动传热类似悬浮聚合需反应体
系中加入乳化剂等种助剂 处理中难净 产品杂质 适
合产品纯度求太高场合
122 采计算机进行生产安全控制联锁
某原引起反应温度失控反应温度反应速度反应
放热速率形成闭环正反馈（恶性循环） 恶化断加速快会
发生暴聚暴沸事操作员工作时间难保证百分百保持第 7 页 24 页
全神贯注旦出现疏忽意容易产生温度失控 旦发现温度失控
花较时间进行阀门等操作 时间 必须
计算机系统 (DCSPLC)实行生产控制安全联锁防止套
计算机系统发生障引起事 安全联锁计算机系统设计独立
系统（ SIS）
聚合工艺应重点监控工艺参数：反应釜温度压力
搅拌器转速加入反应器聚合单体引发剂流量冷水流量
1221聚合工艺重工艺参数监控
面例举重工艺参数监测控制指反应条件设计
允许范围控制手段 条件已超出允许范围 达控程度
应通安全联锁保证系统安全
1 反应器温度监控
图 11 聚合工艺反应器温度控制流程图第 8 页 24 页
图 12 聚合工艺温度控制曲线
说明：1温度控制流程反应正常反应器温度控情况设计
种种非正常情况引起反应超温需通安全联锁系统解决
2反应程中单体引发剂量根工艺求定量连续加入滴加
3控制程：
⑴反应物料加入反应器温度较低反应法进行时蒸汽调节
阀 TV2 开开始反应器物料进行加热 TV2 开度根工艺
求升温曲线计算机动调节 加热程中TV1 始终关闭状态
⑵反应器物料温度达工艺求反应起始温度 T1 时蒸汽调节阀
TV2 关闭时反应已开始着反应进行反应器温度继续升高
⑶反应器温度达工艺求反应温度 T2 时冷水调节阀 TV1
关闭状态转入调节状态 通计算机开度调节反应温度控制
工艺求反应曲线附允许范围直反应达终点（ t2）
⑷反应达终点（ t2）时开（全开） TV1物料温度降出料温
度 T3 时出料
⑸溶液聚合工艺 反应热通溶剂蒸发带走 反应温度第 9 页 24 页
通夹套盘中冷水流量进行调节外更程度通回
流冷凝器冷水量进行调节 TV1 TV3 时调节外更
进行双程调节计算机先通 TV3 进行温度调节时
TV1 关闭状态 TV3 开度 100％（全开）时反应温度高设定值
T1 时 TV1 开始进行调节 TV1 设定温度 T1’ T1 稍高必
须反应温度允许范围
2反应器压力监控
⑴般聚合工艺 反应釜温度压力应
需控制反应温度正常范围 反应压力控制正常范围
反应釜设压力表（压力传感器）实现反应压力监测
果发现温度正常 压力超高异常情况 计算机会动启动压力安全
联锁系统压力降设备允许安全范围
⑵反应压力源工艺压缩机聚合工艺 （高压聚乙烯反
应）
图 13 聚合工艺压力控制流程图
说明：考虑生产程中稳定素工艺压缩机段时间
力正常降 设计选工艺压缩机公称力般均工艺求第 10 页 24 页
高 10％～30％通计算机调节工艺压缩机系统旁通调节阀开度
实现反应器压力调节
3反应程中单体引发剂流量监控
⑴单体引发剂利位差 （高位槽） 离心泵加入反应釜聚合
工艺
图 14 单体引发剂流量控制流程图
说明： 检测流量信号送计算机计算机通流量工艺定值进
行较发出差值信号执行结构 ―― 流量调节阀 FV通改变
流量调节 FV 阀开度进入反应器单体引发剂流量符合工艺
流量求
⑵单体引发剂利计量泵输入反应器聚合工艺 流量控制
调节计量泵输出流量调节 计量泵精密柱塞式泵
输出流量通改变柱塞行程改变柱塞复速度 （频常）进行调
整改变行程通手工实现 改变柱塞复频率通调频器改变
电动机转速实现
4冷水流量监控：
冷水流量反应温度着重影响 直接需控制第 11 页 24 页
指标参数 般情况 冷水流量直接控制 通
反应器温度间接控制 时需通知道冷水否 断水流量太
预知反应温度失控信息 许聚合工艺中 （尤
温度较敏感反应） 设臵冷水水流开关冷水水量指示
⑴冷水水流开关
图 15 冷水水流开关流程图
说明： 图中右边双点划线框前面叙述反应温度控制方案 FS
水流开关水流没水流发出开关信号计算机接
没水流 断水 信号立发出报警促操作员注意
定序处理
⑵冷水流量指示控制
图 16 反应器温度 冷水流量串级调节流程图
说明： 该流程终控制参数反应器温度温度信号直接调节第 12 页 24 页
调节阀开度温度调节系统（图 11 示）区温度信号通
改变流量调节系统定值改变冷水流量达调节温度目
种温度串级调节系统 温度直接调节系统相 调节更
稳定时计算机屏直接显示冷水流量参数
5聚合工艺反应釜搅拌速率监控
搅拌聚合工艺中传热传质均起重作搅拌效果坏
直接影响反应否会产生局部 （全部）热否会产生许副产物
等等反应搅拌浆形式 选定情况 搅拌转速直接影响搅拌
效果唯指标搅拌转速监控聚合工艺中尤重
聚合工艺中恒速变速搅拌两种形式 恒速搅拌整反应
程中搅拌转速始终变 变速搅拌反应程中 搅拌转速根
反应阶段搅拌转速求变化搅拌形式
⑴恒速搅拌
目前搅拌浆通三相异步电动机固定速减速器驱动
三相异步电动机转速基恒定 （步转速间速差输出力
矩变化变化变化） 旦电机减速器确定搅
拌转速基恒定 需进行监测 聚合工艺期粘度较高 容易
引起电机载 外排机械障引起电动机堵转现象
保证电机载堵转烧毁 电气设计中电动机设载保
护必 增加电动机输入电流监测报警 便操作员
时发现处理
⑵变速搅拌第 13 页 24 页
变速搅拌通改变电动机转速达改变搅拌速度目
改变电动机转速常通改变电动机磁场极数改变输入电动
机动力电源频率两种形式采变极电机调速级般双速
采变频电机 定范围进行级调速 两种电机属异
步电动机级数确定频率确定 搅拌转速基确定
般需开环控制满足求 控制电机极数控制电源频率
需通测速装臵直接测搅拌转速信号调整电动机转速
（闭环控制）测量电机电流载保护装臵需
搅拌速度高求聚合工艺通测速 调频闭环控
制达目
图 17 搅拌转速闭环控制流程图
说明： 图中 A 表示输入动力电源电流测量
SE 表示转速检测原件 ST 表示转速检测信号变换
SICA 表示转速（ S）指示（ I）控制（ C）报警（ A）超高（ H）超低 (L)
6料仓静电监控
聚合工艺中许溶剂单体属低闪点物料规范工艺设备第 14 页 24 页
道应设防静电接求静电接电阻 100Ω料仓然
接求般求定期进行检查复测接电阻
移动设备槽车工作前必须防爆静电钳软导线接
极连接消静电
消静电求严格场合应防爆静接检查报警系统该
系统监测测点接电阻超允许值时 会发出报警信号 联锁动
作信号实现泵放料阀等等设备联锁
7燃气体毒气体浓度监控
工艺装臵储存设施中涉产生甲类气体甲乙 A 类
燃液体存高毒物品目录 （卫法监发〔 2003〕142 号）中害
健康毒气体时 均应设臵燃气体毒气体浓度检测报警系统
该系统求应符合石油化工燃气体毒气体检测报警设计规范
（GB504932009）
8操作温度高物料闪点操作工序
操作温度高物料闪点操作工序 该温度条件作业危
险程度事风险增加 宜充分考虑物料该温度危险特性 建
议 安 全 设 施 设 臵 设 计 时 参 石 油 化 工 企 业 设 计 防 火 规 范
（GB501602008）中 302 条规定执行
1222安全控制方面措施
1反应釜温度压力报警联锁
⑴常压反应反应压力反应温度应关系聚合工艺第 15 页 24 页
图 18 温度联锁流程图
图 19 温度联锁逻辑图
反应温度检测
反应温度正常
反应温度超高
(H)
超温报警
工判断处理
反应温度恢复正常 反应温度继续升高 HH
开紧急冷系统进水阀 TV1
切断单体引发剂进料阀
反应温度继续超高 HHHH
开反应终止剂阀门 反应终止
反应温度继续超高 HHH
继续反应第 16 页 24 页
说明：1两张图仅表示超温安全联锁系统流程联锁逻辑 未包括反应正
常时温度调节流程图中调节阀温度调节阀
2已确定聚合工艺采种种安全联锁措施应视该反应
具体情况确定
3反应正常进行时安全联锁装臵起动旦起动说明装臵
调节系统障反应结束停车必须调节系统进行检
查障排方重新开车
4单体引发剂计量泵送入反应器时 安全系统关闭 TV3 前应切
断计量泵动力电源
⑵反应温度压力存应关系 正常反应分相
独立调节系统调节聚合工艺
图 110 压力安全联锁流程图第 17 页 24 页
图 111 压力安全联锁逻辑图
第二部分 高危储存设施
高危储存设施指剧毒化学品目录 （2003 年版）中列剧毒化
学品甲 乙类易燃易爆化学品 （含液化气体） 构成重危险源重
点液体储罐
高危储存设施控制参数液位温度压力罐区应
规范求设臵气体泄漏检测报警火灾报警系统
21 高危储存设施罐区安全监控联锁措施
211 高危储存设施
反应器压力测量判断
反应压力正常 反应压力超标达 H
压力报警
工检查处理
压力恢复正常 压力继续超高 HH
压缩系统回流阀 PV1 开
压力继续升高 HHH
放空阀 P2V 开反应器泄压
继续反应第 18 页 24 页
2111 高危储存设施液位监控联锁
1利卸料泵储罐进行料情况
图 21 泵卸料储罐液位控制联锁
说明： 1图中 LE 表示液位检测 LT 表示检测信号变送
LIAS 表示计算机实现液位 (L) 指示（ I）报警 (A)联锁开关 (S)
H 表示高液位 HH 表示高高液位
2液面达高位 (H)时计算机发出报警信号提醒操作员关泵
报警信号没引起操作员注意没时关泵液位继续升
高高液位 （HH）时计算机发出联锁开关信号 动卸料泵关闭
防止溢料事发生
2利气体压料储罐进行料情况
图 22 气体压料储罐液位控制联锁第 19 页 24 页
说明： 1图中符号含义附图 21
2液位高位 (H)时计算机发出报警信号提醒工作员关闭气源
手动阀液面升操作员没时关手动气源阀引起
储罐液面继续升高高高位 (HH) 计算机发出联锁开关信号 关闭气
源道动阀 (LV) 确保储罐溢流
3气体压料缺点： ①卸罐必须压力容器 ②受料储罐
液面升气相排气排放环境造成危害必须通废气处理系
统火炬方排放
3通循环压缩机进行储罐料情况
图 23 通循环压缩机料储罐液位控制联锁
说明： 1图中符号含意附图 21
2计算机报警联锁程似附图 21仅 HH 位联锁关
泵电机循环压缩机电机
3循环压缩机系统设缓罐时联锁开关信号关断压缩机电机
时应进入卸罐压缩气体关断 (图中 LV 阀联锁切断 )免缓
罐较时中余压储罐液面高高位 (HH) 发生危险
4循环压缩机储罐料卸料般液化气体罐罐间进行转
移优点转移速度较快避免泵汽蚀原卸料储第 20 页 24 页
罐安装位臵抬高泵安装坑中奈做法
4利运输工具备卸料泵储罐进行料情况
图 24 利运输工具备卸料泵料储罐液位控制
图 25 利运输工具备卸料泵料储罐液位控制联锁
说明：运输液体化学器油轮 (船)般船带卸船泵某较
型液体槽罐车设臵卸车泵 特点卸料泵动力均
车船供泵启停般难受罐区控制系统控制贮
罐中液面报警信号通设卸船码头卸车台声光报警
器通知车船相关操作员时关闭卸料泵 (图 24)
条件图 25 设臵动切断阀 (LV) 安全回流阀 (AV)液面
达高位发出报警信号没引起车船工作员注意没第 21 页 24 页
时关泵情况 液面继续升危险液面 (HH)时罐区控系
统切断动阀 (LV)时卸料泵压力安全回流阀 AV 开
泵出液体化学品回流船仓槽车罐中保证储罐溢料
2112 高危储存设施温度监控联锁
1低温储存储罐
图 26 低温储罐温度监控
说明 ：1符号： TETT 分表示温度检测原件检测信号变送
TICA 表示计算机温度 (T)指示(I) 控制(C)报警 (A)功
2计算机通改变调节阀 TV 开度控制进入冷盘伴冷冻水
流量储罐温度恒定定范围超低温储罐通
调节冷冻剂蒸发量调节储罐温度液化气体超低温储罐
通液化气体放空量少调节储罐储存温度
3超温时计算机系统发出报警信号提醒操作员进行检查处
理发现调节阀 TV 工作正常引起超温应开手动旁
路阀便冷冻水利进入储罐冷温度降正常值
储罐热容量较外表面保冷层罐温突变
发现温度偏高足够时间工处理解决般需
设臵超温动联锁第 22 页 24 页
4低温储存冷源保证非常重般求冷冻机
备机冷冻机电源负荷等级二级
2夏季需喷淋冷储罐
图 27 喷淋冷系统动联锁
说明： 1符号含意 21
2储罐温度达定值 计算机发出开关信号开喷淋冷水
道动开关阀喷淋水喷洒罐外壁降温
3动阀没开温度升高位时计算机发出报警信号
提醒操作员开手动旁路阀
2113压力超限报警
常压罐 (包括氮封常压罐 )储罐保持微正压 呼吸阀呼吸
孔保证储罐超压吸瘪
压力储存罐超压问题类罐首先应设臵压力变送器
压力信号传输计算机系统 计算机显示罐压力数值 数值超
工艺规定值时 计算机发出报警 提醒操作员检查 处理压力
超安全阀起跳压力安全阀起跳通排气降低罐压
保证安全阀工作罐设臵两安全阀起第 23 页 24 页
跳压力设臵高低 压力超高时 先开设臵压力较低安全阀
第安全阀释放量罐压降正常值时 第安全阀
未开时第二安全阀继续起跳保证储罐安全
2114液化气体剧毒液体储罐紧急切断系统
构成重危险源液化气体剧毒液体储罐必须设臵紧急切断
系统般储罐出口根部阀串联紧急切断阀 避免出口道泄
漏引起火灾剧毒气体量外溢时员法关闭储罐出口阀
引起生灾害事继续扩
紧急切断系统两种：液压紧急切断系统气动紧急切断系统液
压紧急切断系统手动油泵通道驱动液压紧急切断阀关
闭
气动紧急切断阀系统气源般钢瓶氮气 气动紧急切断阀应选择
气开式单作阀 时阀门驱动汽缸保持压力 阀门常开 事时
通位安全场手动放气阀驱动汽缸泄压 切断阀弹簧
作迅速关闭
应该强调手动油泵氮气钢瓶手操氮气充放气阀应设臵
安全场液压紧急切断系统油必须金属
211 高危储存设施区
高危储存设施储存物料均剧毒易燃易爆品存泄漏
中毒爆炸火灾危险 高危储存设施区必须规范求设臵
毒易燃易爆浓度检测报警系统火灾报警系统
检测物剧毒甲乙 A 类液体时应优先采毒气探测第 24 页 24 页
系统毒气探头灵敏度燃气体探头灵敏度更高 允许浓
度域值燃气体更低
报警器必须设臵 24 时值班场 罐区火灾报警系统必
须全厂火灾报警系统相联系

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