2. Протипожежний захист процесу полімеризації етилену в трубчастих реакторах

Пожежна небезпека процесу полімеризації этилену

Полімеризація етилену є пожежовибухонебезпечним процесом і обумовлюється наступними обставинами:

– у процесі полімеризації беруть участь горючі матеріали: етилен, ініціатори ( кисень або органічні перекиси), толуол (для чищення трубок реактора використовують толуол – ЛЗР із Т_сп. = 5С, Т_нпв=0С, Т_впв=З0С, Т_{самосп.}=550С; пари толуолу важчі повітря і можуть накопичуватися внизу приміщення), поліетилен – на повітрі окисляється (при Т=20С и вище починає окислятися і розкладатися з виділенням окису вуглецю і етилену, Т_самов.= 420С). Пил поліетилену в суміші з повітрям утворює вибухонебезпечні концентрації. Нижня межа вибуху складає 12,6 г/м³, Т_самов.=800С (для зваженого пилу). Сильний діелектрик, дає розряди статичної електрики;

– процес полімеризації здійснюється під великим тиском (150–250 МПа) з одночасним нагріванням газу в реакторах до 200С;

– процес полімеризації супроводжується, виділенням великої кількості тепла (тепловий ефект реакції складає 96,37 кДж/моль перетвореного етилену). При полімеризації тільки 1% етилену температура газу зростає майже на 20С;

– полімеризація етилену супроводжується (при підвищеній температурі) утворенням газоподібних продуктів (метану, ацетилену, водню), що утворюють з окислювачем вибухонебезпечні суміші.

ГОРЮЧЕ СЕРЕДОВИЩЕ в полімеризаторі при його нормальній роботі не утворюється.

Основна небезпека розглянутого процесу зв'язана з можливістю утворення горючої суміші при виході горючих речовин назовні в результаті ушкодження технологічного устаткування через підвищення тиску і вибухове розкладання етилену. Кількість етилену в сучасному промисловому агрегаті полімеризації с трубчатими реакторами складає близько 8000 кг, якому відповідає теплота згоряння 3,8 10 кДж/кг.

Температура в зоні реакції може підвищиться при зниженні інтенсивності відводу тепла в результаті утворення на теплообмінній поверхні відкладень або збільшенні швидкості хімічної реакції.

Причинами пожеж і вибухів на установках для одержання поліетилену високого тиску можуть бути:

– вибухове розкладання етилену при недостатньому відводі тепла;

– розкладання поліетилену з виділенням водню і вуглецю при підвищенні температури;

– утворення підвищеного тиску при надходженні  етилену з завищеною кількістю кисню (йде розкладання етилену на метан і вуглець);

– полімеризація етилену в апаратурі і трубопроводах, не розрахованих для цієї мети, що може привести до небезпечного росту температури і розкладанню етилену, а також до забивання апаратури продуктами полімеризації; забруднення теплообмінної поверхні реактора приводить до порушення теплообміну і росту температури (на внутрішніх стінках трубок реактора може відкладатися полімер, а також вуглець, що виділяється при розкладанні етилену у виді мілкодисперсної сажі, що вимагає складного очищення), у процесі полимеризаии при русі по трубах зверху вниз реакційна суміш змінює свою в'язкість, у результаті чого знижується швидкість її руху й у змійовику можуть утворюватися навіть пробки;

– несправність редукційного клапана від підвищеного тиску.

Можливі джерела запалювання процесу полімеризації етилену

1. Електростатичний заряд поліетиленового пилу і сажі;

2. Гарячі поверхні викинутих твердих часток, іскри.

3. Самозапалювання гарячих газів і твердих часток.

4. Температура реакції і температура розкладання етилену на метан і вуглець (1550 С).

5. Палаючі смолоскипи, відкритий вогонь, печі пиролиза й ін.

Шляхи поширення пожежі

1. По газоповітряній хмарі.

2. По поверхні розплавленого поліетилену.

3. По дзеркалу толуолу, що розлився.

4. По вентиляційних системах

5. По технологічних трубопроводах, устаткуванню, скупченню матеріалів.

При тривалому зберіганні поліетилену в бункері з нього виділяється етилен і створюється небезпека загоряння етилену та поліетилену. Для видалення залишкового етилену застосовують продувку бункерів повітрям. Поліетилен, будучи сильним діелектриком, при заповненні і спорожнюванні бункерів дає розряди статичної електрики.

У практиці експлуатації виробництва відзначалися вибухи в бункерах – дозаторах пневмотранспорту поліетилену, мали місце випадки загоряння поліетилену в змішувачах при наповненні їх поліетиленом без відповідної продувки повітрям, що приводило до нагромадження етилену, що виділяється з поліетилену. Відзначені також вибухи в системі піддуву повітря в аналізаторні бункери. горючі етиленоповітряні суміші займаються від розряду статичної електрики.

При згорянні поліетилену виділяється велика кількість тепла – 11000 ккал/кг, тобто більш ніж у 2 рази в порівнянні з деревиною.

Отже, в умовах пожежі буде висока температура і можливо розтікання розплавленого поліетилену, що буде сприяти поширенню пожежі по виробничих приміщеннях.