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一、装置简介 (一)装置发展及类型 1．装置发展 聚酯工艺产生于20世纪40年代，在50年代实现了工业化，是利用基础化工原料生产合成纤维的工艺技术。20世纪70年代以后，各国针对聚酯存在的吸水率低、不易染色、易产生静电等缺点进行了改性研究，取得了较多成果，使聚酯工业有了飞速的发展。70年代末，我国从前西德引进了第一套直接酯化连续缩聚生产涤纶树脂的工业化生产装置。经过几十年的发展，聚酯在我国三大合成纤维工业中已占有举足轻重的地位。截止到2003年底，我国聚酯装置的产能已经达到1115×104t／a，占世界总产量的三分之一左右。进入21世纪，随着工艺技术的不断发展，我国聚酯装置正向工艺技术更先进、经济效益更好的方向发展。 2．生产工艺路线 聚酯通常是由二元酸和二元醇经酯化和缩聚反应而制得的一种高分子缩聚物。目前用途最广的聚酯是由对苯二甲酸和乙二醇经酯化和缩聚反应所生成的聚对苯二甲酸乙二醇酯。生产聚酯的工艺技术主要取决于精对苯二甲酸、对苯二甲酸二甲酯及乙二醇的生产发展。用于合成聚对苯二甲酸乙二醇酯中间体的主要原料路线有以下几种：一种是酯交换法(简称DMT法)；另一种是直接酯化法(简称PTA法)；第三种是环氧乙烷酯化缩聚路线(简称环氧乙烷法)。 酯交换法(DMT法)：是将以对苯二甲酸与甲醇反应生成易于精制提纯的对苯二甲酸二甲酯，或采用对二甲苯合并氧化、酯化制成对苯二甲酸二甲酯，再将提纯的对苯二甲酸二甲酯与乙二醇进行酯交换反应制得聚酯。该方法在聚酯工业化的初期，未找到有效提纯对二甲苯的方法的时候得以广泛应用。 直接酯化法(PTA法)：是以精对苯二甲酸与乙二醇为原料，进行直接酯化连续缩聚的反应制得聚酯。到90年代初期，PTA法的产量已经超过了DMT法，成为聚酯工业的主流生产工艺。 环氧乙烷法因为使用环氧乙烷代替乙二醇(EG)，可省去环氧乙烷水解工序，合成反应生成物为单一的对苯二甲酸双β—羟乙酯(BHET)，不需要回收设备，工艺流程短，成本低，所以是较有前途的生产方法。 从工艺流程上来看，PTA法连续化生产以前以六釜流程为主，即三段酯化，二段预缩，一段后缩，该流程技术较落后，物耗、能耗较高，已经基本被淘汰。现在的生产流程是以吉玛公司、钟纺公司、伊文达公司为代表的五釜流程，或以杜邦公司、莱茵公司为代表的三釜流程为主。五釜流程即二段酯化，二段预缩，一段后缩，三釜流程即一段酯化，一段预缩，一段后缩。他们共同的特点是技术先进、工艺流程简化、生产控制先进、装置操作弹性大。 二、重点部位及设备 (一)聚酯装置主要原料危险性分析 1.聚酯装置主要原料安全特性 在聚酯生产整个工艺过程中，存在有PIA、乙二醇(EC)、二氧化钛(TiO2)、三醋酸锑或三氧化二锑(Sb2O3)、热媒(HTM)、二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)等多种易燃易爆，有毒有害介质见表3—64、表3—65。当生产不稳定或发生泄漏时很容易酿成重大事故，危及生产和人身安全。 2．聚酯装置主要原料危险性分析 聚酯装置为关键生产装置及重点生产部位，其装置特点是生产连续化，流程复杂化，介质危险程度高。这些特点决定了装置的管理要细化，操作人员要有较高的技术素质。 (1)聚酯装置为负压下生产的装置，主要物料为精对苯二甲酸和乙二醇，均为易燃易爆品，加热物料的载体为热媒，为有毒物质。 (2)主要中毒物料为EG和三氧化二锑，长期接触EG会引起慢性中毒，三氧化二锑加热能放出氧化锑剧毒烟雾。 (3)热媒热载体，温度很高，一般在330左右，所以操作时必须穿防热服、手套和面罩。 (4)由PTA装置输送PTA粉末和由PTA中间料仓向聚酯装置送PTA粉末采用氮气输送。防止粉尘爆炸。并对输送PTA的氮气进行氧含量分析。 3.聚酯装置主要危险物质分 根据聚酯装置工艺流程特点，以及装置设备、管线的实际布置情况，调查装置所使用有毒有害危险化学晶的实际分布如表3—66、表3—67。(二)重点单元及部位 1.主反应器系统 聚酯装置的主反应器系统由酯化反应器、预缩聚反应器和后缩聚反应器组成。由于其采用的工艺条件及操作参数的不同，整个生产流程具有高温、高压、高真空等特点，因此对反应器的结构要求不同，反应器的形式既有立式、又有卧式。在实际生产中，若出现大的故障，如第一酯化反应器搅拌机封泄漏、预缩聚反应器气相系统结焦、后缩聚反应器气相系统结焦等，将影响装置的正常安全生产，严重时需要紧急停工处理(该部分是事故多发区)。 2．热媒加热系统 聚酯装置的热能是通过热媒的二次热传递来实现，热媒加热系统由热媒炉、泵以及各一次热媒蒸发器和二次热媒蒸发器组成。热媒系统属于高温、高压，因此对设备及管线的要求严格。在实际生产中，热媒炉内盘管冲刷、热媒泵机封磨损、一次与二次热媒部分阀门磨损出现泄漏，都将造成严重事故。 3．制冷系统 聚酯预缩聚及后缩聚气相真空系统中，乙二醇冷凝器、换热器的冷冻水由冰机提供。冰机出现故障，直接影响预缩聚和后缩聚的真空效果，严重时造成预缩聚、后缩聚气相真空管线堵塞，停工处理。 4．重点部位 根据聚酯生产的特点，以及在实际生产中总结的经验，并依据中国石化总公司关键生产装置的界定原则，在聚酯装置中：主反应装置、热媒炉区、PlA输送为关键生产装置，中间罐区为重点生产部位。 (1)热媒炉区：由热媒炉、热媒闪蒸罐和热媒循环泵组成。 (2)中间罐区：由新鲜EG罐、粗EG罐、新鲜TEG罐、粗TEG罐、热媒储罐和燃料油罐。 (3)PTA输送区：由PTA储存料仓、PTA日料仓及若干氮气罐和输送风机组成。 聚酯装置危险点主要集中在：中间罐区、热媒炉区、热媒泵区、TEG蒸煮、熔体过滤器。 (三)重点设备 目前聚酯装置设备国产化率可达85％(以台数计)左右。所用原辅材料及聚合物均无腐蚀性，但整个生产反应过程不允许有铁离子及杂质对物料污染，因此凡与物料接触的设备、管道均为不锈钢。装置主反应器(酯化、预缩、终缩)，由于设备规格大，操作温度高，加之有夹套使设备简体还需承受外压，因此筒体设计壁厚较厚，为节约不锈钢降低造价，反应器壳体材料均采用不锈钢复合钢板，与热媒接触的夹套及热媒系统的设备可采用碳钢材质。聚酯装置重点设备机组及设备为主反应器、热媒炉、冰机。此外，还有许多的特殊阀门如控制热媒流量的调节阀、主物料调节阀等，这些阀门出现故障会导致装置部分停工或全装置停车，若处理不当也有可能导致恶性事故的发生。 1．主反应器 (1)酯化反应器。聚酯装置一般采用大型立式搅拌反应器，吉玛工艺第一酯化反应器为立式带夹套单室搅拌釜。第二酯化反应器为立式带夹套双筒搅拌釜，即反应釜内装有一个圆筒型隔离筒。将反应釜分为内外两室，物料由外室进入内室并从底部排出。两反应器内均设有内螺旋盘管；夹套采用L型螺旋盘绕热媒夹套；搅拌器为上装式，叶轮下部设有稳定轴承，密封采用双端面机械密封。杜邦工艺则采用底部为列管加热式、上部为蒸汽分离器立式反应器。第一酯化反应器是装置的龙头，其工艺操作参数属高温、高压条件下进行，若出现泄漏(如搅拌机封、热媒加热盘管夹套等)、故障(搅拌)，不能运转，装置只能停工。 (2)预缩反应器。吉玛预缩反应器为立式夹套真空反应釜和带夹套卧式园盘真空反应器。反应器内装有一根水平贯通轴，轴上装有许多园盘的搅拌系统。轴与穿出的端盖间采用橡胶“厂型密封装置，以保证该反应器所需的真空度。杜邦预缩反应器则采用多层塔式溢流立式反应器。 (3)后缩反应器。吉玛后缩反应器设计为带夹套卧式真空双驱动园盘反应器。反应器内由纵向串联，上面装有多块园盘的两根搅拌轴组成，其结构形式和搅拌原理与第二预缩反应器基本相似。两根轴的另一端分别由左右端盖穿出，支撑于固定在各端盖的轴承上，轴与端盖采用“厂型橡胶密封，以便保持反应器内的高真空。杜邦终缩聚釜为卧式反应釜，带有鼠笼式搅拌器，可以扩大熔体的表面积，有利于脱除EG。 (4)刮板冷凝器。吉玛工艺技术在两个预缩和后缩反应器汽相出口的后面设有刮板冷凝器，有如原吉玛公司工艺路线中预缩中的真空喷淋冷凝器和EG回收系统。刮板冷凝器为一“L”型结构的真空容器，刮板安装在一端支撑于简体内，一端穿出端盖有固定支撑的水平轴上。并与驱动电机、减速机相连。 2．热媒加热炉 热媒加热炉系统主要设备有热媒炉、热媒炉风机、热媒泵等共同构成，通过燃烧热媒加热热媒炉内的多组热媒盘管，为装置提供热能。该机为聚酯装置的动力心脏，若出现问题不能运转，整个装置只能停工。一般大型聚酯装置都设置两台主风机、两台输送热媒泵，一开—备，这对保证装置安全生产十分重要。 3.冰机 冰机是聚酯装置的特护大型设备之一，其作用是为聚酯装置预缩、后缩真空系统提供冷冻水。一但冰机出现故障，预缩、后缩真空度将受到影响，并直接影响到聚酯切片的质量，严重时造成装置停工。因此，在大型聚酯装置中都设置多台冷冻冰机，以确保实际生产的需求。 4.特殊阀门 在聚酯装置的一次液相热媒单元及二次气相、液相热媒单元中，使用大量大口径的气动和电磁阀门，它们工作介质均为高温、高压热媒，大多数阀门操作温度在300—500~C左右，既有调节性能，又有安全快速的切断(打开)性能。 三、危险因素及其防范措施 聚酯装置由于它高温、高真空的技术特点，在实际生产过程中，其酯化段压力较高，且温度在260℃左右，原料EG和PTA均属于甲类危险品，EG在高温、高压反应条件下，易产生可燃性醛类物质。所以，在聚酯装置中易出现着火、烫伤事故，严重时可发生火灾爆炸事故。聚酯装置除了物料泄漏而易发生事故外，不同原理的聚酯装置因自身的特点差异，因设备老化、冲刷腐蚀、真空系统堵塞等造成的事故也不同。 根据多年的生产实际及经验，聚酯装置易发生影响开工率的危险因素主要有以下几方面。 (一)开停工阶段危险因素分析及其防范措施 1．开工阶段危险因素分析 在聚酯装置开工过程中，装置从常温、常压逐渐升温、升压至工艺要求的各项正常操作指标，要经过开车前的准备工作(机、电、仪、公用工程正常交付使用，一次热媒循环、升温、恒温，二次热媒循环、升温、恒温，冰机开启冷冻水正常循环，预缩、后缩系统建立真空、浆料配制循环备用等)，所以在开工时，装置的操作参数变化较大，物料的引入、引出较为频繁，容易发生事故。(1)聚酯装置开工步骤 开车前准备一热媒系统循环、升温、恒温一建立酯化汽相循环一建立预缩、后缩系统真空→EG假物料试车打通流程一酯化反应器进料一预缩反应器进料一终缩反应器进料→切粒→PET输送一包装。 (2)开工阶段危险因素分析 在开工时刻各个环节紧扣，在开工过程中应控制好反应压力平衡、热媒热平衡及物料平衡。下面就聚酯装置在开工各阶段曾经发生的事故进行分析。 事故案例一：处理阀门措施不当，物料喷出7人烫伤 事故经过：1986年5月30日，某石化化纤公司聚酯车间投料开车过程中，因72#2U0i线料送不出去，确认送料泵人口阀堵塞，需要处理。在拆卸送料泵阀门时，高温物料喷出6m多远，将附近7名拆卸操作人员不同程度烫伤。 事故原因： ①由于与泵相连的聚合塔(1)203)系统没有降温(270℃)，预聚物中含有大量EG，在聚合塔(D203)系统蒸发，使系统产生压力。 ②处理操作不当，防护措施未落实。 事故案例二：升温过快烧毁热媒加热炉 事故经过：1985年12月12日，某石化公司烷基苯厂热媒加热炉发生一起历时2小时38 分的火灾事故。88根炉管有24根严重变形，其中一根炉管中段有一约200mm的棱形裂口对流段炉管全部烧化，炉衬局部烧毁，炉外壳体一半烧变形，炉体倾斜高达90mm，热媒炉周围的照明设备、导线烧毁，一次仪表53台全部报废，炉子其余部件及附件不同程度损坏炉管内热媒从炉管裂口处泄漏，燃烧34吨。事故直接经济损失53．8万元。 事故原因： ①大修后匆忙开车，热媒炉开车升温速度过快，炉内凝固的高膨胀系数的热媒油局部受热，导致炉管破裂。 ②热媒炉开车前准备不充分，没有开车方案，升温梯度没有给定。 ③热媒炉在停车检修时没有按规定排空热媒，导致炉管内大量热媒凝固在其中。