论文总字数：24653字

摘 要

本文对聚丙烯酰胺装置进行了定量危险性分析，首先通过一些事故来引发大家对化工装置安全性的重视。然后简单的叙述了聚丙烯酰胺发展情况，以及聚丙烯酰胺的性质、生产方法（水溶液聚合法、反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法、辐射聚合法）及其生产装置，并且有针对性的对聚丙烯酰胺装置事故进行定量风险分析：故障类型和影响分析法、事故树法、道化学分析法、火灾爆炸事故定量法。最后，通过之前的分析制定安全对策措施，其中包括技术对策措施和管理对策措施。结果发现，目前聚丙烯酰胺事故发生率较少，但由于该物质对未来发展的重要性，仍不能忽略其安全性生产的重要。

关键词：聚丙烯酰胺；定量危险分析；化工装置；安全评价。

Quantitative risk analysis of polyacrylamide production device

Abstract

The quantitative risk analysis of the polyacrylamide device is carried out in this paper,and the safety of chemical plant is emphasized by some accidents.And then described development of polyacrylamide,and polyacrylamide properti-es,production methods(aqueous solution polymerization,inverse emulsion polymer-ization method and reverse micro emulsion polymerization,radiation polymeriza-tion)and its production device simply, and make quantitative risk analysis on the device of polyacrylamide according to its danger:failure modes and effect analysis,accident tree analysis,the DOW’s fire explosion index method and quantitative method for fire and explosion accident.Finally,the safety countermeasurs are formulated by the previous analysis,including technical measures and mana-gement measures.It was found that the incidence of polyacrylamide was less, however,because of the importance of the material for the development in future,we still can not ignore the importance of its safety production.

Keywords: polyacrylamide; quantitative risk analysis; chemical plant; safety assessment..

目 录

第一章 绪论 2

1.1 事故案例 2

1.2 课题研究的目的和意义 3

1.3 PAM生产发展概况 3

1.4 PAM生产方法及装置 4

1.4.1 PAM介绍及其生产方法 4

1.4.2 生产装置 5

第二章 聚合工艺的危险分析 10

第三章 定量风险分析方法 11

3.1故障类型和影响分析 11

3.2道化学火灾、爆炸危险性评价 14

3.2.1目的 14

3.2.2评价程序 15

3.2.3确定单元 15

3.2.4物质系数选取 16

3.2.5固有危险指数计算 17

3.2.6单元危险最终评价 18

3.2.7 评价结论 19

3.3 事故树分析 20

3.3.1评价程序 20

3.3.2 事故案例 20

3.3.3 建立事故树 21

3.3.4计算事故树的最小割集、最小径集 23

3.3.5基本事件结构重要度分析 23

3.4 火灾爆炸事故定量 24

3.4.1 TNT当量法 24

3.4.2泄漏引发火灾爆炸事故分析 27

3.4.3事故后果分析 27

第四章 火灾事故后果模拟 28

第五章 安全对策措施 28

5.1 安全技术对策措施 28

5.1.1 防火、防爆对策措施  28

5.1.2防机械伤害对策措施 30

5.1.3 作业环境对策措施 30

5.1.4危险性作业对策措施 32

5.2 安全管理对策措施 33

5.2.1安全生产责任体系的建立和实施 33

5.2.2安全宣传教育及培训  34

5.2.3事故隐患排查与治理 35

5.2.4作业标准化 37

5.2.5事故管理和应急管理 38

第一章 绪论

1.1 事故案例

2014年1月1日23时20分，山东滨州阳信县滨化滨阳燃化有限公司储运车间由石脑油储罐向重整装置送料过程中发生石脑油泄漏（泄漏事件从22时30分至23点40分，泄漏量约240立方米），在处置过程中发生硫化氢中毒事故，造成4人死亡，3人受伤。

2014年1月9日9时许，安徽亳州市康达化工有限公司发生一起非法违法较大中毒事故，造成4人死亡，2人轻伤。

2014年1月18日14时20分左右，通化市通化化工股份有限公司合成车间甲醇工段水洗岗位供水泵房发生爆炸，造成3人死亡，5人轻伤。

2014年3月1日15时50分，四川省攀枝花市天亿化工有限公司2号冶炼炉发生泄漏着火中毒事故，造成3人死亡。

2014年4月8日10时45分，内蒙古乌海市泰和煤焦化集团有限公司化产车间脱硫工段在罐顶动火作业时发生爆炸事故，造成3人死亡，1人重伤，1人轻伤。

4月16日10时左右，江苏省南通市如皋市双马化工有限公司硬脂酸造粒塔发生爆炸、起火，事故造成8人死亡，9人受伤（其中3人危重，三度烧伤分别达到91%、96%、98%）。

2014年4月24日11时左右，辽宁省辽阳市灯塔市北方化工有限公司陪套污水处理站在安装污泥泵的过程中发生中毒事故，造成3人死亡。

2014年4月26日12时30分左右，山西省临汾市安泽县永鑫煤焦化有限责任公司检修过程中发生煤气爆炸事故，造成4人死亡，31人受伤（其中8人重伤）。

5月2日14:50许，四川广元市旺苍县嘉川镇辖区内天森煤化有限公司在污水池进行焊接作业时发生爆炸，造成3人死亡。

因此，对化工装置进行风险定量分析是很有必要的，本文将选取聚丙烯酰胺装置为研究对象进行分析。

1.2 课题研究的目的和意义

由于PAM的发展前景很好，对于PAM的生产工艺安全以及生产装置的安全性的保障是很重要的。风险分析将设备在使用期间可能发生的风险与设备在用检验相联系。应用风险分析，将流程中所有的设备（包括管道）按风险进行排序，在此基础上仅对高风险的设备，按照其损伤的特点，采用有效的检验方法进行检验，就可显著降低其风险。定量风险分析能对各个设备进行风险等级评定，因此被认为是制定详细的检验计划的基础，它为高层经理提供了相当直接的数字，也相当简单，而且能容易地应用各种逼近模型。评价系统发生危险的可能性和程度，以寻求最小的事故率、最小的损失和最优的安全投资效益。定量分析后的许多具体调查工作可以用最小优先经验执行。

1.3 PAM生产发展概况

水溶性线型高分子化合物聚丙烯酰胺（PAM）于1954年首先在美国实现商业化生产。当时丙烯酰胺（AM）单体是由丙烯腈（AN)经硫酸催化水合而得，俗称“硫酸法”。初期是由AM均聚而制得非离子型PAM，产品比较单一。不久开发了用碱部分水解（后水解法）的阴离子型PAM。70年代初期，美国道化学公司（Dow Chemicals）和日本三井东亚化学株式会社相继开发了以骨架铜为催化剂的AN催化水合AM工艺，俗称“催化水合法”。“催化水合法”在技术上比“硫酸法”前进了一大步，被称为AM生产的第二代工艺技术，并在世界上被广为推广，至今，“催化水合法”仍是使用的最普遍的工艺技术。从70年代开始就有一批厂商选定一些细菌来催化使AN向AM转变，并取得了进展。据报，1981年日东化学（Nitto Chemical）首先建成了生化催化AM生产装置，并投入了商业运转，能力

为4000t/a。80年代，利用微生物工程生产AM的工艺陆续出现。并日趋成熟，“微生物工程法”被喻为AM生产的第三代工艺技术。

PAM并非是由AM单体自聚的唯一一类高聚物。四十年来的发展，他们是由AM自聚，与其它单体共聚或用其它化合物在其酰胺基上改性而得的一大类品种众多的以丙烯酰胺为聚合单元之一的高分子化合物，其结构变化具多样性，除特定用途的交联型外，PAM一般是线型高聚物，具有良好的水溶性。从其在水中离子化的角度分类，PAM有非离子型、阴离子型、阳离子型三种类型的众多产品。据报导，最近开发的油田用两性离子型PAM在技术上和经济上已具有工业价值，日本在造纸助剂的应用开发上比较活跃。

随着市场的开发，PAM的产量正在稳步增加，粗略统计全世界PAM的产量约在15万吨/年（干粉）上下，而其建成的生产装置的能力超过20万吨/年。在产量上，美国PAM产量占世界产量的20%以上，年销售量约4万吨，占世界第一位。

1.4 PAM生产方法及装置

1.4.1 PAM介绍及其生产方法

聚丙烯酰胺（PAM）是一类重要的水溶性高分子聚合物，是丙烯酰胺均聚物和各种共聚物的统称，PAM产品主要有三大剂型水溶液胶体、粉状和乳液，这些聚合物可以是均聚物，也可以是共聚物。PAM常温下为坚硬的透明固体，溶于水后呈清澈透明状，低毒。具有良好的热稳定性，具有优良的增稠、絮凝、沉降等功能，广泛应用于石油开采、污水处理、造纸、矿产、医药、农业、纺织等国民经济的各个行业，享有“百业助剂”之称。

人类最早使用PAM，是由Moureu等人在1893年首次制得的，我国则是起源于上世纪的6O年代初，在上海建成第一套PAM的工业装置。PAM及其衍生物都是通过丙烯酰胺聚合制成的均聚物或共聚物。具体方法主要有：水溶液聚合法、反相乳液聚合法、反相微乳液聚合法、辐射聚合法等。

1.水溶液聚合法

水溶液聚合是PAM生产历史最为久远的传统的方法，它以安全、经济、合理著称，至

今仍在使用。水溶液聚合法操作简单，环境污染少，聚合物产量高且易获得高相对分子质量的聚合产物。但该法也存在一些缺点，聚合溶液质量分数低；在制成干粉过程中，高温烘干和剪切作用又容易使高分子链降解和交联，使粉剂产品的溶解性、絮凝性降低等。

2.反相乳液聚合

反相乳液聚合是将单体的水溶液按一定比例加入到油中，借助于油包水型乳化剂分散在油介质中，在引发剂作用下进行乳液聚合，所得产物是稳定的被水溶胀的聚合物微粒在油中的胶体分散体，经共沸蒸馏脱水后得到粉状PAM。反相乳液聚合生产的PAM胶乳与水溶液聚合法生产的水溶胶产品和干粉产品相比较，胶乳的溶解速度快，相对分子质量高且分布窄，残余单体少，聚合反应过程中粘度小，聚合速率大，易散热，生产过程易控制，适宜大规模生产；但该法需大量有机溶剂，生产成本稍高，技术较复杂。

3.反相微乳液聚合

微乳液是由油、水、乳化剂和助乳化剂组成的各相同性、热力学上稳定的、透明或半透明胶体分散体系，其分散相尺寸为纳米级。反相微乳液聚合制备的乳液更稳定，胶乳粒径分布更均匀，产物相对分子质量高，透明性好，乳胶束粒径小，径分布窄，反应速率快等优点。但其工业化生产受到限制，因为聚合时所需表面活性剂与单体之比高，以致成本太高 。

4.辐射引发法

辐射引发法是丙烯酰胺单体在紫外线或x射线下引发直接聚合得到固体聚丙烯酰胺产品。该法生产工艺简单，但设备投资大，且所得产品分子量分布很宽，故目前还没有进行大规模工业生产。单体溶液加入量不大于体系质量的 3.3%。上述条件下制备的反相微乳液体系在聚合前、后都能够保持高度稳定，制得的微粒型两性PAM产品可以用作助留剂。

这里选取水溶液聚合法。通过工艺流程初步确定生产装置包括：溶解罐、聚合槽（反应釜）、造粒机、干燥器、筛分机、研磨机。本课题将着重研究聚合槽。

1.4.2 生产装置

1.聚合釜

（1)简介

制备高分子化合物的主要设备。一般是立式圆柱形高压釜，带有夹套，以便通入蒸汽或冷水来加热或冷却。

用于乳液聚合的，内有不锈钢的水平桨式搅拌器，由电动机通过传动装置和减速器传动。釜的外壁常用碳钢制成，内衬不锈钢，也有衬搪瓷的。聚合时可以单釜间歇生产，也可以是多釜串联连续生产。聚合反应物由一个釜的下部进入下一釜的上部。釜上装有温度、压力等仪表，以及进出料口等。用于本体聚合的，则釜内不装搅拌器，且不串联。

(2)结构

聚合釜一般由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。由于用户因生产工艺、操作条件不尽相同，聚合釜内的搅拌型式一般有锚式、浆式、涡轮式、推进式或框式。搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，也可根据用户的要求任意选配。并在釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热等，冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却等。支承座有悬挂或支承式二种。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机。开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。

(3)材质

材质：1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12M02Ti、TA2等优质材料（可选）。如有特殊要求，可进行加衬处理，以提高材料的抗强腐蚀能力。机械和连接结构：连接结构采用螺栓式结构或快开式卡环连接，省力快开，同时釜盖可提升，釜体可取下。采用强磁筒形回转式耦合结构，搅拌速度为0～1000r/min，并可根据用户需要对搅拌能力进行调节。

(4)安全性

聚合反应釜配有安全阀，安全阀采用爆破膜片，爆破数值误差小，瞬间排气速度快，安全可靠。反应釜各阀采用针形阀，往复关闭形式，密封可靠经久耐用，各类阀安装合理，泄放畅通，无死角。

2.溶解罐

（1）简介

溶解罐罐体均采用立式双层结构，内胆抛光。外部采用镜面版或磨砂极保温，罐体内光泽一致。

夹层内缠绕螺旋带通蒸汽加热或冷水冷却并充镇体温材料，凡过流零部件均采用316L材质，其余均采用304L材质

（2）主要技术功能和结构

不锈钢溶解罐内罐体上下封为碟型，采用轴向流搅拌， 罐体顶部设进水口、加料口、回流口、消毒口、清洗球、入孔，并安装0.22μm空气呼吸器及搅拌系统。罐体底训设出水口、排污口、取样口、温度探头、液位传感器。可配控制柜操作，检测药液温度并显示，恒温控制液位测试并显示，提供上下报警等功能。

3.研磨机

（1）简介

研磨机是用涂上或嵌入磨料的研具对工件表面进行研磨的磨床。主要用于研磨工件中的高精度平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、螺纹面和其他型面。研磨机的主要类型有圆盘式研磨机、转轴式研磨机和各种专用研磨机。研磨机控制系统以PLC为控制核心，文本显示器为人机对话界面的控制方式。人机对话界面可以就设备维护、运行、故障等信息与人对话；操作界面直观方便、程序控制、操作简单。全方位安全考虑，非正常状态的误操作无效。实时监控，故障、错误报警，维护方便。研磨机的主要类型有圆盘式研磨机、转轴式研磨机和各种专用研磨机。

（2）注意事项

研磨机在火力发电厂制粉系统中被广泛的应用，但其传动轴振动及小牙轮断齿一直困扰着系统的安全生产，前一时期我厂制粉系统也倍受这两个缺陷的困扰，甚至影响到了机组燃料的供应，经检修人员多次调整，效果显著，传动轴振动低于0.08mm。

具体措施：

a、齿顶间隙是齿轮传动装置的重要装配参数之一，规程中规定大、小牙轮间隙为7.5-8.5mm，实际生产中，设备经长期运行，大齿轮齿圈受应力冲击变形，由原来的圆形渐变为椭圆形，所以其齿顶间隙局部甚至低于6mm，在实际调整过程中应将齿顶间隙调为8.5-10mm，以减少因齿顶间隙引起的冲击，造成轮齿过载折断。

b、大齿圈的紧力不够也是引起其变形的重要原因之一。在实际操作中，除加大螺栓紧力外，用10mm厚钢板将大齿圈接合面连接起来，加大紧固面，防止齿圈变形，保证主、从动轮角速度一致，防止传动比变化引起的惯性力，造成疲劳折断。

c、传动轴轴承的充分润滑也是保证其平稳运行的主要原因，采用传统的定期、手工加油，此举虽也能够保证轴承得到足够的润滑，但易造成润滑油量的过多或不足，建议采用机械定时、定量科学地补充润滑脂，从而保证轴承的适度润滑，降低振动，避免轴承的磨损和保持架的破裂，延长寿命。

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