LDPE装置料仓燃爆原因及控制措施

工业技术
CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS
合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2022， 39（4）： 47
DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2022.04.10
中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司（简称齐鲁石化公司）低密度聚乙烯（LDPE）装置采用荷兰Stamicarbon公司的无脉冲管式工艺，设计运行时间7 200 h/a，设计产能140 kt/a。

装置自1998年
11月投产以来，先后发生3起料仓燃爆事故。

3起事故虽未造成人员伤害，但都造成了较大的经济损失，影响了装置的安全生产。

本工作分析了事故原因，并针对性地制定措施，以彻底杜绝料仓的安全事故。

1 工艺流程概述
来自界区压力为2.7 MPa的新鲜乙烯进入压缩机1（K102）的三段入口，经过三级压缩（压力达25 MPa）后进入压缩机2（K103），经二级压缩（出口压力达250 MPa）进入反应器，在引发剂作用下开始聚合。

反应后的物料及未反应的乙烯气体先后进入高压分离器、低压分离器进行分离。

分离出的高压乙烯气体返回压缩机K103入口，分离出的低压乙烯气体返回压缩机K102的一段入口，熔融LDPE经水下切粒、离心干燥后，通过风送程序将成品颗粒送往料仓。

工艺流程示意见图1。

LDPE装置料仓燃爆原因及控制措施
边圣海
（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司计划经营部，山东 淄博 255410）
摘要：分析了低密度聚乙烯（LDPE）装置脱气料仓内部环境及燃爆原因。

结果表明：脱气料仓LDPE粉尘瞬间浓度高、LDPE粉尘与乙烯混和后点火能降低、料仓内存在多种类型的放电等是脱气料仓燃爆的主要原因。

针对
这些因素，提出了改造方案并分析了利弊。

结合装置的实际情况，在料仓的进料口安装离子风粉体静电消除/监测器
后，进料口物料的静电消除效率达到80.0%以上，彻底杜绝了料仓的安全事故。

关键词：低密度聚乙烯 料仓 静电 燃爆 静电消除/监测器
中图分类号： TQ 325.1+4；TQ 086.3 文献标志码：B 文章编号：1002-1396（2022）04-0047-04 Cause and control methods of combustion and explosion in the silo of LDPE plant
Bian Shenghai
（SINOPEC Qilu Company Planning and Operating Department，Zibo 255410，China）
Abstract：By analyzing the operating environment in the silo of the Qilu branch’s low density polyethylene plant，causes to the combustion and explosion accidents in the silo are concluded，which include the instantaneous high concentration of LDPE fines，the lower ignition energy induced by mixing the ethylene and LDPE fines，and various types of discharging. Aiming at above causes，several control methods are raised and corresponding advantages and drawbacks are analyzed. Based on actual situations of the plant，after installing the ion wind electrostatic eliminator and monitor at the inlet of the silo，the eliminating efficiency of material powder electrostatics can reach 80.0% and above，completely preventing the safety accidents of the silo.
Keywords：low density polyethylene； silo； electrostatic； combustion and explosion； electrostatic eliminator and monitor
收稿日期：2022-01-27；修回日期：2022-04-26。

作者简介：边圣海，男，1968年生，本科，高级工程师，
1991年毕业于青岛化工学院有机化工专业，现主要从事
计划经营管理、新产品开发、售后服务等工作。

E-mail： 
***********************。

合 成 树 脂 及 塑 料 2022 年第 39 卷. 48 .
2 脱气料仓内部环境分析
LDPE装置共有8个脱气料仓，材质为铝镁合金，每个脱气料仓的容量为60 t。

从颗粒干燥器出来的LDPE颗粒通过铝镁合金管道，使用压力为60 kPa的空气输送至脱气料仓，脱气料仓设有离心风机将空气不停地通入脱气料仓底部，便于脱除LDPE颗粒内残余的乙烯气体。

输送过程中，LDPE 颗粒与铝镁合金管道、输送空气及颗粒之间相互摩擦，产生少量LDPE粉尘的同时，还会产生大量的静电。

脱气料仓内的介质有LDPE颗粒、LDPE粉尘、空气、乙烯气体，以及产生的静电，因此，脱气料仓燃爆多数与粉尘、静电、气体三者共同作用有关［1］。

2.1 LDPE颗粒
正常生产时，空气输送至脱气料仓的负荷为22.5 t/h，每个脱气料仓进料2.67 h，进料完毕后，脱气料仓内的LDPE颗粒质量一般为55~60 t。

2.2 LDPE粉尘
根据包装线收集的粉尘统计，每包装500 t LDPE产品，能够收集25 kg LDPE粉尘，粉尘含量为0.05 g/kg。

但是粉尘在脱气料仓内不是均匀分布的，脱气料仓直径3.6 m、高12 m，当达到最大的装填容量时，脱气料仓顶部还有2 m左右高度的空余空间。

在脱气料仓进料时，LDPE颗粒与LDPE粉尘进入料仓后，会有一部分粉尘飘逸在料仓顶部空余空间，在静电的作用下均匀地附着在料仓顶部内壁上，经测量，粉尘黏附最厚的位置在顶部空余空间，局部厚度超过10 mm。

2.3 空气
脱气料仓进料使用压力为60 kPa的空气，流量为3 000 m3/h，料仓底部离心风机的脱气风量为6 000 m3/h，因此脱气料仓内部空气的总流量为9 000 m3/h。

2.4 乙烯气体
每吨LDPE颗粒残余1.3 kg乙烯单体，脱气料仓的主要目的是通过脱气料仓底部向上流动的空气，将LDPE颗粒残余乙烯脱除干净，保证包装后产品的安全。

为了准确测量脱气料仓内乙烯气体的动态数据，采用复合式气体检测报警仪对脱气料仓T301运行时内部的乙烯气体含量进行跟踪检测，见表1。

图1 工艺流程示意
Fig.1 Schematic diagram of LDPE plant
表1 T301内部乙烯气体检测数据
Tab.1 Detection data of ethylene gas in silo T301
检测时间料仓状况
料仓内产
品质量/t
乙烯摩尔
分数*，% 8：15进料15 min5.53.0 8：30进料30 min11.35.5 9：00进料1.00 h22.512.0 10：00进料2.00 h45.018.0 10：40进满料，开始脱气60.023.0 11：00脱气20 min60.020.0 11：40脱气1.00 h60.016.0 12：40脱气2.00 h60.011.0 13：40脱气3.00 h60.07.0 14：40脱气完毕，开始送料60.03.0 15：00送料20 min48.02.8 15：40送料1.00 h24.01.3 16：20送料1.67 h00
* 爆炸下限。

2.5 静电
现代工业生产过程中的粉体是粉尘、粉末及颗粒状物质的总称。

通常，将粒径大于500 µm的物质称作颗粒，粒径在100~500 µm的物质称作粉末，粒径小于100 µm的物质称作粉尘。

国际上规定单位质量粉体携带的电荷称为荷质比，荷质比是解决粉体静电现象的重要参数之一［2］。

为了确定LDPE颗粒进料仓前真实的静电状况，使用荷质比测试仪对脱气料仓T301，T302进料时的静电状况进行了测量，检测数据见表2。

3 脱气料仓燃爆的原因分析
3.1 脱气料仓LDPE粉尘瞬间浓度高
30~50 µm的LDPE粉尘，爆炸下限质量浓度为26~35 g/m3。

脱气料仓在正常情况下不可能达到这个浓度，但是黏附在脱气料仓顶部内壁厚达10 mm的LDPE粉尘突然脱落，局部空间内的LDPE粉尘质量浓度瞬间能够高达55 g/m3。

第 4 期
. 49 .
3.2 LDPE 粉尘与乙烯混合物点火能降低
LDPE粉尘的最小点火能为15~30 mJ，从图2可以看出：随着乙烯含量的升高，LDPE粉尘与乙烯混合物最小点火能降低，当乙烯质量分数达0.5%（20%LEL，LEL表示爆炸下限。

下同）时，乙烯与LDPE粉尘混合物最小点火能降至10 mJ ［3］。

3.3.2 传播型刷形放电
由于LDPE颗粒和输送过程中产生的粉尘进入料仓时携带静电，部分粉尘飘逸在料仓顶部，在静电作用下附着在料仓顶部内壁上，当料仓顶部黏壁料厚度在4～8 mm时，一旦局部被静电击穿，沿着黏壁料表面发生传播型刷形放电，放电能量可达上千毫焦［6］。

3.3.3 堆表面的火花放电
如果料堆上方有金属凸出物，如料位开关、锥部进风管、遮风板或掺混分物锥等，带电的LDPE颗粒堆表面一旦接近金属凸出物，就会诱发火花放电，火花放电最大能量可达1 000 mJ ［7］。

4 避免脱气料仓燃爆的措施4.1 降低脱气料仓内的乙烯含量
脱气料仓内的乙烯气体一直存在，并且刚进满料时，乙烯气体含量能够达到23%LEL，如果想将整个生产过程空间内的乙烯气体含量控制在10%LEL 以下，需要将现有脱气风机的处理能力扩大1倍，这样面临着改造费用高、改造需要长时间停车、改造后能耗明显增加、脱气料仓的下料变慢等问题。

4.2 降低料仓局部空间的粉尘浓度
从颗粒干燥器至脱气料仓的进料口，送料管线长达200 m，且LDPE颗粒密度低，耐磨性差，因此，在风送过程中不可避免会产生粉尘，粉尘与LDPE颗粒进入料仓的瞬间，部分粉尘会漂浮在料仓上部，受静电的影响很快吸附在顶部内壁，逐渐增加，越来越厚，当厚度达到一定程度，这部分黏壁料就断续地局部脱落，脱落瞬间局部空间的粉尘浓度就会明显升高。

因为粉尘黏附在料仓顶部内壁是个渐进的过程，只要有粉尘存在，就会产生黏壁料，并且逐渐增厚。

即使在脱气料仓的进料口增加除尘设备，也不可能将进料口前的粉尘完全除去，从理论上来说，只能降低料仓局部空间粉尘浓度高的概率，不能完全避免。

4.3 消除风送过程中的物料静电
在料仓的进料口安装离子风粉体静电消除/监测器，该设备采用正/负离子风可调的非平衡双极性消电技术，可以消除LDPE颗粒进入脱气料仓前携带的大多数静电。

该技术非常适合在已开工的聚乙烯装置上使用，具有投资小、施工周期短、占据空间小、使用寿命长、可以边生产边施工、现场改动小、操作简便、消电效率高等优点，能够从本质上改善脱气料仓的安全问题。

图2 乙烯与LDPE粉尘混合物最小点火能曲线
Fig.2 Minimum ignition energy curve of ethylene and LDPE dust mixture
3.3 料仓内存在多种类型的放电
脱气料仓内存在料仓堆表面放电、传播型刷形放电、火花放电等多种类型，各类放电频繁交错出现，这些放电的能量容易引爆料仓内LDPE粉尘、乙烯和空气形成的爆炸性混合物［4］。

3.3.1 料仓堆表面放电
对带电的绝缘性粉体进入料仓的过程进行跟踪、分析后发现，当条件合适时，在沉积的粉堆表面可能发生较强烈的放电。

带电粉体在料仓内沉积后，其密度迅速增加，表面的场强也相应增加，当场强增加到一定程度时，首先在粉堆顶部产生空气电离，形成从仓壁到粉堆顶部的等离子体导电通道，导致堆表面放电，堆表面放电能量达到10 mJ左右［5］。

边圣海. LDPE装置料仓燃爆原因及控制措施
表2 T301与T302的荷质比
Tab.2 Charge-mass ratio of silos T301 and T302
料 仓检测时间料仓状况料仓内的
产品质量/t 荷质比/（µC ·kg -1）
T 301
8：15进料15 min 5.51.058：30进料30 min 11.31.039：00
进料1.00 h 22.51.0710：00进料2.00 h 45.01.0110：40进满料60.01.06
T 302
10：55进料15 min 5.5-1.1711：10进料30 min 11.3-1.1111：40进料1.00 h 22.5-1.1312：40进料2.00 h 45.0-1.1413：20
进满料
60.0
-1.10
乙烯质量分数，%
最小点火能/m J
合 成 树 脂 及 塑 料 2022 年第 39 卷. 50 .
5 静电消除/监测器投用后的效果
2004年9月，边生产边改造，仅用1周的时间，在LDPE装置脱气料仓入口全部安装了大连东强防静电技术有限公司的DQJ-1A型离子风粉体静电消除/监测器，从表3可以看出：消电效率能够达到80.0%以上，消电后荷质比控制在-0.12~0.10 µC/kg，自改造后至今（受使用寿命限制，该系统已于2015年底更新）已连续运行17年没有发生料仓安全事故。

易引爆料仓内LDPE粉尘、乙烯和空气形成的爆炸性混合物，这是LDPE装置脱气料仓多次燃爆的根本原因。

b）在脱气料仓的进料口安装离子风粉体静电消除/监测器，能够从本质上改善脱气料仓的安全。

c）安装离子风粉体静电消除/监测器，具有投资小、施工周期短、占据空间小、使用寿命长、可以边生产边施工、现场改动小、操作简便、消电效率高等优点。

d）离子风粉体静电消除/监测器消电效率达80.0%以上。

7 参考文献
[1] 谭雪昂，谭凤贵. 料仓粉尘静电爆炸与静电消除技术的进展
［J］. 硫磷设计与粉体工程，2021（6）：37-43. 
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版社，2003：206-208.
[3] 谭凤贵. 聚烯烃粉尘爆炸的危险分析与对策建议［J］. 石油
化工安全技术，2005，21（6）：21-24.
[4] 李亮亮，孙立富，宫宏，等. 粉体料仓静电燃爆风险与防控
措施［J］. 中国粉体技术，2017，23（6）：52-58.
[5] 高玲，周晖. 典型静电放电火花点燃能力测试研究［J］. 物理
实验，2004，24（10）：34-40.
[6] 刘全桢，谭凤贵，孙立富，等. 某石化企业粉体料仓爆燃事
故原因分析［J］. 安全环境和健康，2002，2（1）：9-14. [7] 刘义，赵东风，路帅，等. 聚乙烯装置改造前后料仓静电危
险性对比分析［J］. 河北大学学报，2010，30（5）：516-520.
表3 DQJ-1A 型离子风粉体静电消除/监测器消电数据统计Tab.3 Data statistics of DQJ-1A ionic wind powder electrostatic elimination/monitor power dissipation
料 仓
荷质比/（µC·kg-1）
消电效率，%消电前消电后
T3010.48-0.0883.3
T3020.62-0.1280.6
T3030.730.0494.5
T3040.770.0692.2
T305-0.46-0.0295.6
T306-0.470.0785.1
M3010.91-0.0990.1
M3020.44-0.0588.6
6 结论
a）脱气料仓内存在多种类型的放电能量，容
一种疏水性聚氨酯薄膜的制备方法本发明提供了一种疏水性聚氨酯薄膜的制备方法，涉及生物医药材料领域。

以4,4-二异氰酸酯二环己基甲烷、1,4-丁二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯为原料，通过异氰酸酯基与羟基的反应得到端基为双键的聚合产物，并通过双键之间的加成反应与2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯聚合，得到具有大量含氟侧链的聚合物，再将其用四氢呋喃溶解晾干，即可得到具有疏水性能的聚氨酯薄膜，并探究了其抑菌活性。

该产物可以作为抑菌材料应用在医疗器械中，可有效抑制器件表面细菌繁殖，减少抗生素使用，对人类健康安全具有重要的现实意义。

公开号 CN 113861467 
公开日 2021年12月31日 
申请人 天津理工大学
一种生物基聚氨酯阻尼材料及其制备方法和应用本发明公开了一种生物基聚氨酯阻尼材料及其制备方法和应用，涉及阻尼材料领域，原料组成为：23～40 phr生物基聚氨酯预聚体，6～36 phr悬挂链预聚体和1～5 phr交联剂。

其中，生物基聚氨酯预聚体由生物基多元醇、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到，生物基多元醇与二异氰酸酯的质量比为（12～25）∶（9～16）；悬挂链预聚体由溶解在溶剂中的端单羟基化合物与二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到。

本发明通过在生物基聚氨酯预聚体主链中引入支链，以生物基多元醇代替石油基多元醇，不仅提高了阻尼效果，也拓宽了生物基聚氨酯阻尼材料的应用范围。

公开号 CN 113896859 
公开日 2022年1月7日 
申请人 北京化工大学。