1、 毕 业 设 计聚氯乙烯聚合反应釜安全附件的设计学生姓名： 学号： 系 部： 专 业： 指导教师： 二一五年六月*环境与安全工程系安全工程诚信声明本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 聚氯乙烯聚合反应釜安全附件的设计 系部： 环境与安全工程系 专业： 安全工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标学生通过本次毕业设计，综合运用所学过的安全基础理论知识，了解氯乙烯的聚合工艺特点，运用安全检查表分析聚氯乙烯安全生产的重点危险源，选择性地对聚氯乙烯反应釜的
2、安全附件进行设计，如搅拌器、压力表、安全阀等，减少事故发生时的伤亡，通过设计能让学生在毕业后从事危化品安全管理工作、化工安全的设计打好基础。2主要任务（1）聚合过程中的危险分析：根据聚合釜的类型和结构，及其聚合釜在聚氯乙烯聚合中的工艺特点，分析聚合过程中危险源、危险条件，设计聚合釜应达到的安全要求。（2）搅拌装置的设计：按照聚氯乙烯放热反应的特点，对搅拌器的结构、桨叶的形状、尺寸和层数等进行设计。（3）压力表的选择：参照氯乙烯聚合时的压力大小（设计压力为 1.2 MPa 左右），依据精密压力表（GB/T 1227-2002），选择压力表的类型、量程和精确度。（4）安全阀的选用：根据工艺反应时温
3、度、压力、泄压气体的性质，依据国标安全阀一般要求（GB/T 12241-2005），选择安全阀的加载方式、开启方式和结构类型。3主要参考资料1 陈杰. 国内外聚氯乙烯工业生产技术进展J. 当代石油石化，2002, (3): 18-20.2 戴文权,杨春辉 . 聚氯乙烯聚合釜技术进展J. 聚氯乙烯，2000, (5): 43-46.2 邴涓林,李承志 . 2008 年中国 PVC 产业动态及分析J. 聚氯乙烯，2009, (5): 1-3. 4 崔克清,陶刚 . 化工工艺及安全M. 北京：化学工业出版社，2004: 356-367.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查找聚氯乙烯的概念、
4、理化性质、用途及国内外的发展现状2014 年 12 月 15 日 2015 年 1 月 10日2 聚氯乙烯聚合方法的选择、聚合原料、工艺条件、工艺过程、工艺流程图2015 年 1 月 10 日2015 年 1 月 23 日3 聚氯乙烯聚合釜的结构，聚氯乙烯聚合过程中的危险性、影响因素2015 年 3 月 10 日2015 年 3 月 15 日4 设计聚合釜的搅拌器，选择合适的安全阀、压力表等安全附件2015 年 3 月 15 日2015 年 3 月 31 日5 绘制聚合釜的装配图，完成初稿 2015 年 3 月 31 日2015 年 4 月 10 日6 完善和修正设计论文，准备毕业答辩 201
5、5 年 4 月 10 日2015 年 6 月 22 日审核人： 年 月 日聚氯乙烯聚合反应釜安全附件的设计摘要：本课题主要是对悬浮聚氯乙烯工艺中的聚合釜进行危险性分析，目的是对聚合釜的安全附件进行简单设计。在危险分析中，依据危险化学品目录（2015 年版）对聚合釜反应的主要物料氯乙烯、引发剂和氮气进行危险辨识，分析聚合过程中可能导致事故发生的危险因素。运用安全系统工程方法，绘制聚合釜爆炸的事故树，对聚合釜的爆炸事故的最小割集、最小径集和结构重要度进行了计算。分析聚合釜存在的危险和不安全条件，提出了预防事故的主要措施和聚合釜应达到的安全要求，对聚合釜的部分附件进行安全设计。依据设计要求得到了以下
6、结论：聚合釜的直径 3300mm、筒体高度 7600mm、聚合釜的壁厚 200mm 及聚合釜搅拌器类型。根据安全阀一般要求（GB/T 12241-2005），结合工艺过程中的反应温度70、聚合反应压力 0.75MPa、氯乙烯性质等条件，对安全阀进行了选型，选择的型号为 A42X-25C；依据精密压力表（GB/T 1227-2002）和工艺条件确定了结构类型为弹簧式的压力表，1.6MPa 的量程及级（2.5 ）的精确度。另外本课题还对聚合釜的一些监测仪表，如温度计和液面计进行了设计。关键词：聚合釜，危险分析，安全附件Design of Safety Attachment for PVC Poly
7、merization ReactorAbstract: The Design of safety attachment for PVC polymerization reactor is presented based on the risk factors analysis of the PVC craft in PVC suspension process. In risk analysis, the hazard identification of vinyl chloride, initiator and Nitrogen in the reaction of the polymeri
8、zation kettle was carried out according to The Catalog of Hazardous Chemicals (2015 Edition), and the risk factors that may cause the accident of the polymerization process are found. Then the fault tree of the explosive reactor is plotted by means of a Safety System Engineering, and the minimal cut
9、 sets, the minimal diameter sets and the structural importance of the explosion accident are calculated. Analyzing risk factors and unsafe conditions existing in polymerization reactor, preventive measures are proposed. Safety of polymerization kettle attachments is designed according to these risk
10、factors and safety requirement of polymerization kettle. According to the design requirements, the conclusions are as follows: the diameter of the polymerization kettle, the height of the cylinder body is 7600mm, the wall thickness of the polymerization kettle is 200mm , and the type of the agitator
11、 of the reactor. According to General requirements of the Safety Valves (GB / T 12241-2005), with in the process of reaction temperature of 70 , the reaction conditions of polymerization pressure 0.75mpa, and Vinyl Chloride properties, The design determined the model of safety valve for A42X-25C. Ac
12、cording to The Precision Pressure Meter (GB / T 1227-2002) and process conditions of PVC, The design determined the type of structure for the spring type pressure table that the scale of 1.6Mpa and and accuracy of grade III (2.5) . In addition, a design scheme about the safety valve of some monitori
13、ng instruments, such as thermometer and liquid level meter , is put forward.Key words: Polymerization kettle, Hazard analysis, Safety accessories目 录1 前言 .11.1 论文研究的目的与意义 .11.2 国内外研究进展 .32 氯乙烯的聚合 .52.1 聚氯乙烯聚合工艺 .52.2 聚氯乙烯聚合釜结构 .63 聚氯乙烯聚合釜的危险分析 .83.1 物料的危险分析 .83.2 聚合釜的危险性分析 .113.3 聚合釜的事故树分析 .124 安全附件的
14、设计 .124.1 安全附件的概述 .154.2 搅拌装置的设计 .154.2.1 聚合釜的设计 .154.2.2 搅拌装置的设计要求 .174.2.3 搅拌装置的设计 .184.3 安全阀的选用 .194.4 压力表的选择 .204.5 其他安全附件的设计 .215 结论 .23参考文献 .24致谢 .251 前言1.1 论文研究的目的与意义聚氯乙烯 poly (vinyl chloride), 又叫 PVC 树脂 ，是日常生活中最常见的一种塑料之一，因为聚氯乙烯的的绝缘性、防腐蚀和耐磨损等优点，使得聚氯乙烯在我们的日常生活中随处可见，并被广泛应用于各行各业，比如我们平时穿的鞋子、使用的塑料
15、袋、室内的电线、包装的容器，包括一些家具、家用电器、防护用品等好多物品都是依据聚氯乙烯材料的优良性能而设计制造的。聚氯乙烯的分子式为-CH 2-CHCl-n，是氯乙烯在一定的 70左右、大约 0.75MPa 的条件下，由聚合引发剂过氧化二碳酸双二-2 乙基己酯或其他助剂参与的反应下聚合而成的一种树脂，主要的聚合工艺为悬浮聚合，目前全国 80%的企业都使用这种工艺。但这种由氯乙烯单体聚合而成树脂热稳定性比较差，遇高温变软，影响其使用的机械性能。经过前人的不断研究和探索之下，人们在聚氯乙烯的生产过程中加入一定量的增塑剂，使得聚氯乙烯的性能得到了提高，弥补了聚氯乙烯的不足，这也使得聚氯乙烯在世界范围
16、内得到了普遍使用，聚氯乙烯工业也迅速地发展起来。人们对聚氯乙烯产品的需求量越来越大，尤其是在国内，聚氯乙烯的需求量居世界第一位 1。聚氯乙烯不断上升的需求量极大地促进了现代聚氯乙烯科学技术的进步，同时也使得聚氯乙烯相关工业得到迅猛的发展。但在聚氯乙烯生产的初期，技术还不够完善，工艺不够成熟，安全意识不强，这就使得好多聚合釜企业频繁地发生氯乙烯中毒、厂区爆炸等一系列的安全事故，尤其是在氯乙烯聚合工段，氯乙烯聚合属于高温高压的放热反应，且反应的物料氯乙烯不仅有毒，能致癌，而且易燃易爆。氯乙烯的泄漏不仅会造成人员中毒，而且很有可能在空气中形成爆炸性混合气体，发生空间爆炸。氯乙烯的聚合设备中物料的配比
17、异常，或是混入杂质，又或是散热装置失效等，等有可能造成聚合釜内压力急剧升高，使得聚合釜破裂或爆炸，事故的发生条件非常复杂。聚合釜在聚氯乙烯工业中不仅关键，而且发生事故的风险大，存在危险因素比较多。在过去几十年，我国聚氯乙烯的生产工业不够完善，技术不够成熟，聚氯乙烯爆炸事故时有发生。在聚氯乙烯聚合过程中聚合釜爆炸、氯乙烯泄漏、中毒等事故频繁出现。案例一：某厂聚合釜清洗后，未将冲洗水排净，就进行加料反应，导致聚合釜内压力升高超过设定压力，氯乙烯泄漏，聚合釜发生爆炸；案例二：某厂聚合釜反应过程中操作失误。未加入助剂进行反应，虽进行紧急排空处理，但由于聚合釜内的压力温度过高，聚合釜发生爆聚；案例三：1
18、981 年，某厂在聚合釜聚合过程未开搅拌器，使得氯乙烯单体未发散，产生了巨大的压力和热量，聚合釜发生严重变形，处理及时才没有发生伤亡；案例四：某厂聚合釜人孔盖忘关，导致厂房内充满氯乙烯气体，随后发生空间爆炸，造成六人死亡，七人受伤，事故后果严重。聚氯乙烯工业生产中除了常见的悬浮工艺外，还有本体聚合、乳液聚合、和溶液聚合。目前的工艺技术条件相比之下，悬浮聚合工艺生产的聚氯乙烯均匀且产品质量较高，相比其他三种工艺，在工业生产的应用更为广泛，而其中的本体聚合工艺可能有着更广阔的发展前景 2。科学技术的进步和发展，使得聚氯乙烯工业生产工艺得到不断的完善，技术也一步步走向成熟，发生事故的频率也大大的减少
19、。目前，聚氯乙烯悬浮聚合工艺在工业生产中占主要地位。在聚氯乙烯工艺的进步的同时，工艺生产的管理更加完善，装置更加完备，操作更加安全，但在氯乙烯聚合的过程中，由于氯乙烯气体本身有毒且易发生爆炸，聚合反应又是高温高压的放热反应，一旦发生操作失误、搅拌装置失效、反应的突然停止、安全阀失效等意外，就很有可能发生严重的事故、甚至是空间爆炸，其后果同样是巨大的、不可估计的。1991年，河北某工厂输送至至聚合釜的氯乙烯管道突然泄漏，引起厂内的两座储罐发生火灾爆炸，造成死亡 6 人、8 人受伤；1996 年，贵州某工厂氯乙烯泄漏，喷射时引起爆炸，厂房倒塌致死亡 3 人、重伤 2 人、轻伤 4 人；1999 年
20、，上海某工厂聚合釜在加入软水、助剂、氮气保压试漏后，投入氯乙烯单体后发现釜底阀泄漏，氯乙烯通过排水明沟扩散到附近干燥厂房，发生爆炸，冲击波致厂房倒塌，操作工 4 人死亡、8 人重伤、3 人轻伤；2005 年，北京某工厂厂区接连发生两次断电，值班人员未能及时恢复聚合釜的动力，在对高温高压的聚合釜进行紧急“卸压” 后，由于聚合釜内压太大，聚合釜发生了爆燃，造成 7 人受轻伤。为了避免人为操作失误、反应异常、装置失效等原因所造成的事故，根据国家标准或行业要求对聚合釜聚合过程中的危险因素进行分析，重点对聚合反应过程中的物料、装置或设备、反应环境、反应条件等可能发生事故的作业进行危险分析，并对聚合反应的
21、反应釜进行安全设计，设计聚合釜的搅拌装置，紧急停车装置，安全阀、压力表和温度计，通过设计这些安全附件，随时监控聚合过程中的温度、压力，及时释放聚合反应过程中的热量，及时泄放反应中的高压，一旦有温度过高、超压、氯乙烯泄漏等事件发生时，紧急报警，实施安全联锁，自动有效地控制反应的进程，使得聚合釜能够有效地工作，能最大可能地避免事故的发生。1.2 国内外研究进展近几十年内，不论是国内还是国外，在聚合釜方面均有很大的发展和进步。过去几十年，我国制造技术不够先进，国内的聚合釜基本上是从国外进口。随着聚氯乙烯在在世界范围内需求量的不断上升，以及各行各业的普遍应用，聚合釜的生产技术也不断提高 3。我国最先研
22、制成功的是锦西化工机械生产的 30m3 的聚合釜，后又在此基础上不断研发和改进，聚合釜的传热、传质能力得到不断提高，防粘釜技术在世界也不断领先于国外引进釜水平。整体来说，世界聚合釜技术在不断地进步，尤其是在釜体的大型化、传热效率的高效化、聚合过程中防粘技术方面有突破性的发展。我国投产的的聚合釜最大容积为 135m3，而世界最大的聚合釜为德国研制的200m3 聚合釜 4。但聚合釜的容积并非是越大越好，体积越大，聚合釜壁的耐压能力也要提高，聚合釜的壁厚必然要增大，影响聚合釜的传热，加大了投资的成本。目前世界聚合釜的发展趋势有聚合釜大型化、传热高效化和防粘釜技术的提高。聚合釜大型化。在聚合工艺中，由
23、于大型聚合釜不仅耗能低，投资少，批次生产的产品性能稳定，更容易实现生产全过程的自动控制，聚合釜已逐渐由小向大发展。各国纷纷研制出较大的聚合釜，比较典型的是日本、美国和德国，其中德国研制的聚合釜最大，容积为 200 m3。但经过不断地研究和经验的总结，发现聚合釜太大，不一定就会有高的效益 5。反而，如果产量较大的聚合釜在生产过程中出现问题，就会导致大量的原料的浪费，且聚合釜越大，对反应的耐压能力的要求也越高，釜壁就越厚，且反应的物料越多，风险性也就越大。经验发现，一般聚合釜容积在 70 m左右的聚合釜总体效果更好，也更有优越的经济性和先进性。传热技术的提高。聚合釜聚合产量是否高效化，决定于聚合釜
24、反应传热效率。聚合釜的传热效率越大，聚合釜内物料的反应效率也越高。传统的传热方式是使用搅拌器搅拌，增加搅拌器的搅拌速率，又或是增大夹套的传热效率，提高冷却水的冷却能力，降低夹套内冷却水温度。后来人们在冷却方式上不断地改进和创新，比如在聚合釜上安装釜底冷凝回流器，这种方式便利，使用普遍，得到广泛的应用。有的聚合釜在聚合釜挡板，或者是在搅拌器中中也通入一定量的冷却介质，在物料反应的同时也能较快的进行传热，传热速率快，但使用的不够普遍 6。还有一种方法是将聚合釜外壁的冷却夹套设置在聚合釜内，通过釜内夹套冷却，提高聚合釜的传热效率，成功的例子是半管式搅拌釜。要想提高聚合釜的传热效率，最简便的方法便是将聚合釜的冷却水用冷冻水代替。此外聚合釜传热的方法越来越多，有待人们
