Сжатие этилена компрессорами
Принципиальная технологическая схема сжатия этилена компрессорами до высокого давления приведена на рис.
Исходное сырье – этилен, предварительно очищенный от различных примесей (отрицательно влияющих на ход процесса полимеризации и на свойства готового полимера), из газгольдера подается в цех компрессии, где подвергается двухкаскадному сжатию до 1200-1500 атм.
Перед сжатием газа в него вводят инициатор- кислород воздуха – из расчета 0,5-1,0% к весу этилена. Этилен в смеси с воздухом поступает в компрессор 1 каскада, где сжимается до 300 атм и передается через холодильник и маслоотделитель в компрессор 2 каскада для сжатия до 1200-1500 атм. Под этим давлением этилен поступает через смазкоотделитель 3 в трубчатый реактор. В реакторе при температуре 2000С происходит полимеризация части этилена. Высокое давление увеличивает концентрацию этилена, способствуя увеличению скорости полимеризации.
Для сжатия этилена применяются многоступенчатые компрессоры с водяными холодильниками.
Оценим возможные опасности, возникающие на стадии компрессии этилена. При работе компрессоров возможна утечка газа из системы в производственное помещение с образованием воздушных смесей способных, взрываться. Этилен устойчив до температуры 350-4000С, выше этой температуры начинается разложение по реакции:
3С2Н4→2СН4 + 2 С2Н2
При более высоких температурах разложение идет до образования углерода и водорода по схеме:
С2Н4→ С2Н2 + Н2;
С2Н4→ 2С + 2Н2
Разложение этилена сопровождается быстрым нарастанием давления и температуры. Взрывное разложение этилена в цилиндрах компрессоров может явиться причиной аварии в цехе компрессии газа. Процесс сжатия сопровождается разогревом газа и конструктивных элементов компрессора за счет выделения значительного количества тепла. Если избыточное тепло своевременно не отводить, то это приведет к повышению температуры и давления в нутрии компрессора. Прекращение подачи воды на охлаждение может привести к нагреву и взрывному разложению газа.
При полном отсутствии охлаждения компрессора температура газа после пятой ступени сжатия достигает 5600С, такой газ при выходе цеха компрессии самовоспламеняется (t с/в этилена =5430С). Сильный перегрев газа может привести к заклиниванию поршней в цилиндрах. Кроме того, высокая температура в компрессорах приводит к интенсивному испарению и разложению масла и глицерина, применяемого для смазки трущихся деталей компрессора, гидроуплотнителей. Образующиеся продукты разложения загрязняют теплообменную поверхность холодильника, нарушают теплообмен. Повышение температуры приводит к перегреву смазочного материала, способствуя возникновению и развитию пожара.
Для предупреждения перегрева газа температура этилена на входе и выходе контролируется при выходе из холодильника на каждой ступени сжатия. А так же проводится постоянный температурный контроль внутри компрессора. При нормальном режиме работы температура в цилиндрах не должна превышать 140-1600С. Температура газа на всасывающем трубопроводе должна быть не более 350С.
Вследствие нарушения нормальной дозировки кислорода в этилен в трубопроводах и цилиндрах могут образовываться взрывоопасные смеси, которые могут быть причиной взрыва, как в компрессорах, так и в полимеризаторах.
Примеси в этилене С2Н2, СО2, СО, Н2 и др. из всех примесей, содержащихся в этилене, наиболее нежелательная с точки зрения безопасности процесса сжатия газа, является примесь ацетилена. Накапливание сжиженного ацетилена в цилиндрах компрессора, при повышении давления и нагреве приводит к взрывному разложению ацетилена. Поэтому предъявляют очень жесткие требования к очистке этилена от ацетилена. Ацетилена в газе должно быть не более 0,001-0,03%.
Взрывоопасные концентрации газа в рабочей линии и цилиндрах компрессоров возможны в момент пуска компрессоров после ремонта. Первые порции этилена будут смешиваться с воздухом, находящимся в системе, и концентрация газа в определенный промежуток времени окажется в пределах взрыва.
Перед пуском цилиндры компрессоров и рабочие линии необходимо продувать негорючим газом до полного удаления воздуха, а затем чистым этиленом.
Нарушение ритмичности работы компрессоров (повышение или понижение давления в цилиндрах компрессора) приводит к их повреждениям целостности корпуса, стыков и т.п. и в конечном счете авариям. Аварийный выхода газа из малых образованных отверстий под большим давлением сопровождается образованием статического электричества, искровые заряды которого будут являться источником воспламенения газа.
При авариях компрессора и трубопроводов помещение цеха компрессии быстро заполняется газом, и за очень короткий промежуток времени может образовываться концентрации газа, способные взрываться от маломощного источника зажигания.
Безопасная работа компрессоров обеспечивается автоматическим контролем температуры и давления этилена на каждой ступени сжатия.
Повышенное давление при сжатии требует максимальной герметичности технологического оборудования, так как малейшие неплотности в системе приведут к утечке газа. Во избежание взрывов на смазкоотделениях устанавливают предохранительные клапаны обеспечивающие выпуск газа при повышении давления свыше допустимого. При авариях и пожарах в цехах компрессии может возникнуть факельное горение этилена, выходящего из аппаратов или трубопроводов. Действие факела, обладающего высокой температурой, может вызвать разрыв трубопроводов, аппаратов, а также деформацию металлоконструкции.