题 目：聚丙烯酰胺生产过程中的安全性分析 专 业： 安全工程 班 级： 安全1102 姓 名： 吴翔煜 指导老师： 朱常龙 起讫日期： 2014年11月～2015年6月
2015年 06 月
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
聚丙烯酰胺生产过程中的安全性分析
摘 要
本文对某厂聚丙烯酰胺装置的工艺流程进行了简单的介绍，从物料和工艺两个方面进行了危险有害因素辨识，并计算了氨气泄漏毒害半径计算。通过作业条件危险性分析法（LEC）、安全检查表法（SCA）、事故树分析法（FTA）、预先危险性分析法（PHA）、危险与可操作性分析法（HAZOP）和故障模式、影响和危害性分析法（FMECA）对聚丙烯酰胺的生产过程进行了安全评价，并针对工艺存在的问题与隐患提出了事故预防及应急措施。
关键词：聚丙烯酰胺 安全性分析 安全对策措施
I
摘要
safety analysis of Polyacrylamide production process
Abstract
In this paper, the process of the polyacrylamide equipment in a plant will be introduced, and identified the hazardous factors from materials and processes. polyacrylamide production process safety were evaluated by Operation conditional risk assessment(LEC), Safety checklist analysis (SCA), Fault Tree Analysis (FTA), Preliminary Hazard Analysis (PHA ), Hazard and operability analysis(HAZOP) and Failure modes, effects and criticality analysis (FMECA) , and propose the accident prevent and emergency measures for the problems of the process.
Key words：Polyacrylamide; Safety analysis; Safety countermeasures
II
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
目 录
摘 要 ................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................... II
第一章 聚丙烯酰胺工艺流程简介 ............................................................ 1
1.1 工艺原理（以大庆炼化5.2万吨PAM装置为例）............................ 1
1.1.1 聚合过程基本原理.................................................................... 1
1.1.2 水解过程基本原理.................................................................... 2
1.2 工艺工序说明（以大庆炼化5.2万吨PAM装置为例）.................... 2
1.2.1 溶解工序.................................................................................... 3
1.2.2 聚合反应工序............................................................................ 3
1.2.3 胶体预研磨及造粒工序............................................................ 4
1.2.4 水解工序.................................................................................... 4
1.2.5 干燥工序.................................................................................... 4
1.2.6 研磨与筛分工序........................................................................ 5
1.2.7 包装............................................................................................ 6
1.3聚丙烯酰胺工艺流程图......................................................................... 6
第二章 聚丙烯酰胺生产过程中的危险有害因素辨识 ...................... 8
2.1 物料的危险有害因素辨识.................................................................... 8
2.1.1 丙烯酰胺.................................................................................... 8
2.1.2 聚丙烯酰胺................................................................................ 9
2.1.3 氢氧化钠.................................................................................. 10
2.1.4 N,N-亚甲基双丙烯酰胺 ....................................................... 10
2.2 生产工艺的危险有害因素辨识.......................................................... 11
2.2.1 干燥间导热油系统火灾.......................................................... 11
2.2.2 辅化配制间辅助化学品着火、爆炸...................................... 11
2.2.3 装置区叉车作业...................................................................... 12
2.2.4 装置区氨中毒.......................................................................... 12
2.2.5 解厂房碱伤害.......................................................................... 12
III
目录
2.2.6 装置区氨气泄漏窒息.............................................................. 12
2.2.7 装置区进入有限空间作业窒息和设备伤害.......................... 12
2.2.8 装置区转动设备伤害.............................................................. 13
2.3 氨气泄漏毒害半径计算...................................................................... 13
2.4 危险性分析小结.................................................................................. 14
第三章 聚丙烯酰胺生产过程中的安全性分析和评价 .................... 15
3.1安全评价方法的选取........................................................................... 15
3.2作业条件危险性分析法分析聚丙烯酰胺生产工艺........................... 15
3.3安全检查表法分析聚丙烯酰胺生产工艺........................................... 16
3.4事故树分析法分析聚丙烯酰胺生产工艺........................................... 21
3.4.1导热油系统火灾爆炸故障树分析图....................................... 21
3.4.2求最小割集............................................................................... 23
3.4.3 求最小径集.............................................................................. 23
3.4.4 结构重要度分析...................................................................... 24
3.4.5导热油系统火灾爆炸事故树结果分析................................... 24
3.5预先危险性分析................................................................................... 25
3.5.1预先危险性分析表................................................................... 25
3.5.2 小结.......................................................................................... 34
3.6危险与可操作性分析法分析聚丙烯酰胺生产工艺........................... 34
3.6.1溶解工段hazop分析 ............................................................... 34
3.6.2聚合反应工段hazop分析 ....................................................... 35
3.6.3 胶体预研磨及造粒工段hazop分析 ...................................... 36
3.6.4 水解工段hazop分析 .............................................................. 37
3.6.5 干燥工段hazop分析 .............................................................. 38
3.6.6 研磨与筛分工段hazop分析 .................................................. 39
3.7故障模式、影响和危害性分析法分析聚丙烯酰胺生产工艺........... 40
3.8案例事故后果分析............................................................................... 42
3.8.1 事故描述.................................................................................. 42
3.8.2 事故原因分析.......................................................................... 42
IV
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
3.8.3 事故预防及应急措施.............................................................. 42
第四章 事故预防及应急措施 ................................................................... 44
4.1 丙烯酰胺泄露、火灾爆炸、中毒的预防及应急措施...................... 44
4.1.1 丙烯酰胺泄露、火灾爆炸、中毒事故的预防...................... 44
4.1.2 丙烯酰胺泄露、火灾、中毒事故应急措施.......................... 44
4.2 聚丙烯酰胺泄露、中毒事故应急措施............................................ 45
4.2.1 聚丙烯酰胺泄露应急措施...................................................... 45
4.2.2 聚丙烯酰胺中毒应急措施........................................................ 45
4.3装置区氨泄露、火灾爆炸、中毒的预防及应急措施....................... 45
4.3.1 氨气泄露、火灾爆炸、中毒事故的预防.............................. 45
4.3.2 氨气泄露、火灾、中毒事故应急措施.................................... 45
4.4 氢氧化钠泄露、火灾、中毒事故应急措施...................................... 46
4.4.1 氢氧化钠泄露、火灾、中毒、爆炸事故的预防.................. 46
4.4.2 氢氧化钠泄露、火灾、中毒事故应急措施.......................... 46
4.5 N,N-亚甲基双丙烯酰胺泄露、火灾事故应急措施 ....................... 47
4.5.1 N,N-亚甲基双丙烯酰胺泄露、火灾、中毒、爆炸事故的预
防.................................................................................................................. 47
4.5.2 N,N-亚甲基双丙烯酰胺泄露、火灾、中毒事故应急措施 . 47
4.6 生产装置初期火灾的扑救及人员的防护、监护措施...................... 48
4.7 储罐初期火灾的预防及应急措施...................................................... 48
4.8 电气火灾的预防及应急措施.............................................................. 49
4.8.1 电气火灾的预防措施.............................................................. 49
4.8.2 电气火灾的应急救援措施...................................................... 50
4.9 高温烫伤预防及应急救援措施.......................................................... 50
4.9.1 烫伤预防措施.......................................................................... 50
4.9.2 烫伤应急处理措施.................................................................. 51
4.10 机械伤害预防以及救援措施............................................................ 51
4.10.1 机械伤害预防措施................................................................ 51
4.10.2 机械伤害应急救援措施........................................................ 52
V
目录
4.11 危险作业应急措施............................................................................ 52
4.11.1 动火作业事故应急措施........................................................ 52
4.11.2 受限空间作业事故应急措施................................................ 53
4.11.3 高处作业事故应急措施........................................................ 53
4.12 噪声伤害预防措施............................................................................ 54 总结 .................................................................................................................... 55 参考文献 ........................................................................................................... 56
VI
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
第一章 聚丙烯酰胺工艺流程简介
1.1 工艺原理（以大庆炼化5.2万吨PAM装置为例）
聚丙烯酰胺的聚后水解工艺是由物料溶解、聚合反应、预研磨造粒、水解、干燥、研磨筛分、包装等7个主要工序构成的。将丙烯酰胺（AM）均聚成胶，经造粒加入粒碱后进行水解，螺杆式预研磨机对胶体进行预切割更利于胶体的造粒，振动式流化床干燥器对产品进行干燥，可进一步提高产品的质量。而先造粒后干燥的工艺顺序，使粉尘的溢出降至最低限度，主要操作和工艺控制均由DCS系统自动完成，不但降低了工人的劳动强度，而且产品质量指标控制严格，分子量可调范围较大。
聚合工序和水解工序均发生化学反应，其它工序属于物理加工过程。
1.1.1 聚合过程基本原理
丙烯酰胺单体水溶液均相聚合方法：丙烯酰胺单体溶液在催化剂的作用下，发生自由基聚合。在这种特定过程中，聚合反应分为链引发、链增长、链终止三个基元反应，同时伴有链转移反应。
（1）链引发
首先是氧化-还原反应体系催化剂释放自由基，诱发聚合反应。随着氧化还原反应放热，反应逐渐升温，当反应液温度达到40-50℃时，其中的偶氮类催化剂在热活化作用下分解释放自由基继续引发反应，以偶氮二异丁腈分解为例，方程式如下：
3 3 △ 3
CHCH3 2H3· + N (1-1)
CN
由于引发剂的种类繁多，在不确定具体物质情况下用I 2R·表示初级自由基形成过程。初级自由基与单体加成，生成单体自由基。
R·+ CH2 RCH2·(1-2)
O=C-NH2 O=C-NH2
1
第一章 聚丙烯酰胺工艺流程简介
（2）链增长
链引发产生的单体自由基不断和单体分子结合生成链自由基，如此反应反复的过程称为链增长反应。单体自由基形成后，继续与其他单体加聚，就进入链增长过程。
RCH2-CH·＋CH2=CH 2-CH-CH2-CH2CH 2CH2CH
O=C-NH2 22 2 2 2 O=C-NH2
(1-3)
（3）链终止
链自由基失去活性形成稳定聚合物分子的反应称为链终止反应。
（4）链转移
所谓的链转移，既一个增长着的链自由基从其他分子上夺取一个原子，而终止称为稳定的大分子。
1.1.2 水解过程基本原理
在聚合后的胶粒上加水解剂，以制备部分水解的阴离子型聚丙烯酰胺。 水解反应方程式：
CH2CH + 22 ) n- m+mNH(1-4)
CONH2 COONa CONH2
与均聚中后水解工艺相比，该工艺具备如下优点：
①该产品在聚丙烯酰胺大分子上引入功能基团，这种功能基团能抑制钙、镁等阳离子对粘度的降低，从而降低了粘度损失，起到抗盐作用。
②该产品采用后水解工艺，使大分子链在产品中的比重加大，使产品质量大幅度提高，其分子量可达2500万以上，粘度分别可达60mPa.s（913 mg/l）和40 mPa.s（608.7 mg/l）以上。
1.2 工艺工序说明（以大庆炼化5.2万吨PAM装置为例）
聚合物扩能工程5.2万吨/年聚丙烯酰胺装置选建在大庆炼化公司已建5.2 2
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
万吨/年聚丙烯酰胺装置东北侧的预留地内，由大庆油田设计院设计，占地面积12402m2，共设8条生产线，工程公称建设规模为5.2×104t/a,每条生产线的生产能力为6500 t/a。正常生产时，每年可生产高分子量高抗盐聚丙烯酰胺产品量为
5.76×104t（含水10％），折干基为5.2×104t。共有静设备358台，动设备370台，其他设备160台。
1.2.1 溶解工序
装置所用的溶解系统包括10台溶解罐及其配套的10台输料泵，其中每四条线共用一个备用倒料罐。主要原料是丙烯酰胺（AM）和脱盐水（DMW）丙烯酰胺供料系统是从扩能丙烯酰胺装置管线接到装置，装置有脱盐水储罐，专供溶解使用。脱盐水和溶解罐均有相配套的搅拌设备和降温系统。
每罐反应液的配制量为24吨，可供两个聚合釜反应使用。具体步骤为：将50%丙烯酰胺水溶液和脱盐水按配方所计算的原料量转入溶解罐内。待原料转入完毕后，罐体循环系统以及搅拌系统自动开启，使原料充分均匀混合。
采用聚合物厂扩能聚丙烯酰胺装置制冷站供应的冷冻盐水系统对溶解罐进行降温，使反应液温度降到规定温度值。
1.2.2 聚合反应工序
在此工段中，主要进行聚合反应，先得到非离子聚丙烯酰胺中间产品。聚合工段分为8条生产线，每条线设有4台13.2m3聚合釜，共32台，每条生产线的工艺流程为：
来自AM单体配置罐的AM单体制备液经AM单体输料泵打入聚合釜，打开氮气进气阀通氮40分钟（根据工艺调节）左右后，将复合引发体系中的各种引发剂按配方量加入反应釜中，引发聚合反应，继续吹氮30分钟左右，关闭氮气阀，进行聚合反应4～5小时，得到聚合物胶体。聚合完成后，打开放料阀并同时打开压缩空气进气阀，用0.2～0.3MPa的压缩空气进行压料，约30分钟出料完成。
3
第一章 聚丙烯酰胺工艺流程简介
1.2.3 胶体预研磨及造粒工序
将反应釜中反应完的胶体用压缩风加压方式卸入预研磨器中。在预研磨器中用旋转螺杆将约12吨的胶体碾切成比较小的胶块，由供料螺杆输送到造粒机中进行造粒，同时计量螺杆的转速控制造粒机进料速度。造粒机工作同时要开启系统，喷入研磨油分散剂，防止胶粒粘连，减小造粒机的负荷。
水解进料前应做好准备工作：预研磨料仓内有足够料位；流程的切换、确认；水解机已经准备就绪。
将从造粒机中出来的胶粒由输料风机输送到水解机中。水解进料量由水解机底部的电子秤计量。水解机进料时，应观测水解机电流，视水解机实际负荷决定水解进料量。
1.2.4 水解工序
水解机夹套加热系统始终保持投用，保温介质为脱盐水，由装置热水系统提供。水解进料条件满足后，打开排氨阀，进行进料操作，待水解机中的物料收完之后，按配方比例加入定量的粒碱（NaOH）后，关闭排氨阀，物料在水解机中进行水解反应，水解时间要求不低于155分钟。水解完成后，打开水解机下料阀，卸料进入缓冲料箱中，经造粒机再次造粒，然后由输送风机输送到干燥器内进行胶粒烘干。
1.2.5 干燥工序
水解后的物料进入干燥器后，进行干燥，在此过程中聚丙烯酰胺由胶体变成粉剂，水含量由75%降到10%左右，干燥器每小时约蒸发出约2603kg的水，在不同的操作条件下，干燥器的输出能力随原料质量及最终产品温度变化而增减，所得产品含水约10%左右。
开启风机，将缓冲料箱的胶体从造粒机输入干燥器中。振动流化床干燥器采用热空气干燥，分为三段，一、二段为加热段，每段干燥面积9m2 ,一段干燥物料含水由70％降到30％，入口物料流量为3230kg/h～3550 kg/h；二段干燥物料含水由30％降到10％；三段为冷吹段。经过过滤器过滤后的较为纯净空气，
4
第11 / 63页
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
先经预热器进行预热，预热器热介质为70-85℃余热水，空气经过预热后，由空气入口风机和空气加热器（加热介质为导热油）分别加热至一定温度后，进入干燥器流化床的第一段的干燥区和第二段干燥区。空气加热后的温度可由空气加热器导热油管线上的调节阀调节导热油的量来实现。进入第一段干燥器区的热空气温度为125℃～150℃，进入第二段干燥区的热空气温度为100℃～130℃。由于经二段干燥后物料的温度较高，采用三段冷吹风机降低出料温度。干燥后的产品通过干燥器出口的回转振动筛将未干燥好的块状物料除去，干燥好的产品进入筛分、研磨、包装系统。
干燥器粉尘返料风机启动后，旋风分离器开始工作，把被高速气流从流化态表面夹带出的产品细颗粒分离出来，由输料风机重新加入干燥器中，同时也使干燥器内保持微负压状态，防止氨气扩散到厂房内，分离后的废气由干燥器排风风机送入60m高的烟囱排至大气中。
本工段加热介质采用余热水和导热油，预热段采用余热水（70-85℃）加热，加热段用导热油（235℃～245℃）。热水总流量为约为400m3/h,每条线的流量约为50 m3/h。
1.2.6 研磨与筛分工序
该工序主要是把干燥器出来的物料研磨粉碎，达到要求粒度，再经过筛分分离后，储存到混合料斗中。
从干燥器出口振动筛出来的产品，经风机输送至旋风分离器中，旋风分离器底部产品经旋转阀进入双层筛，旋风分离器气流中的粉尘被袋式过滤器收集在料斗中。
双层筛把物料分成三部分：上层大颗粒产品被双层筛筛分出来进入下面的研磨机料斗，经过研磨机研磨粉碎，然后由旋风分离器经旋转阀输送到双层筛重新进行筛分。
中层为颗粒径在0.212～1mm的产品，由风机输送物料经成品缓冲料斗后进入两个混合料斗中，由立式螺杆搅拌后得到混合均匀的合格产品；下层为细粉，被输送到细粉料斗中，然后被风机输送到缓冲料仓上方的旋风分离器中，经过旋转阀下落到输料螺杆中，在上方喷入雾化的脱盐水混合成大颗粒，下落入缓冲料
5
第一章 聚丙烯酰胺工艺流程简介
仓内与水解料进行均匀混合，输入进干燥器进行干燥。
1.2.7 包装
成品料由风机经输送到混合料斗。在混合料斗中装有立式提升螺杆，由电子秤系统控制卸料并输送到带式混合器中，同时称量物料重量，足够750kg后停止输送物料，然后经过包装机包装到已经挂好的包装袋中，做好标识，扎紧袋口后送到成品库房。
1.3聚丙烯酰胺工艺流程图
6
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
图1-1 聚丙烯酰胺工艺流程图
