引 言

本文所介紹的 LDPE 裝置為管式反應器技術(shù)，裝置的工藝流程是以乙烯為主要原料，以丙烯和丙醛為調整劑，生產(chǎn)均聚聚乙烯產(chǎn)品，以過(guò)氧化物為引發(fā)劑。界區來(lái)的乙烯氣體經(jīng)過(guò)增壓一次機和二次機升壓至 260MPa（G）后進(jìn)入反應器，過(guò)氧化物分四點(diǎn)注入反應器的不同區域，形成反應一峰、二峰、三峰和四峰。 [1] 反應器壓力通過(guò)位于反應器出口的壓力脈沖閥進(jìn)行控制，反應器壓力檢測點(diǎn)位于反應器入口，采用 3 個(gè)檢測點(diǎn)檢測反應器壓力，從而提高裝置壓力檢測的穩定性，取三個(gè)檢測點(diǎn)的檢測中間值作為反應器壓力的實(shí)際值。該裝置自投產(chǎn)運行以來(lái)，反應器壓力變送器經(jīng)常出現被聚合物堵塞的現象，導致壓力變送器檢測失效，從而影響了裝置的安全穩定運行，成為制約該裝置長(cháng)周期運行的主要因素之一。

 

1 工藝流程簡(jiǎn)介

工藝流程主要包括進(jìn)料、壓縮、聚合、高壓分離、高壓循環(huán)氣冷卻和凈化、低壓分離、低壓循環(huán)氣冷卻和凈化、引發(fā)劑配制注入、造粒、成品料倉等。如圖 1 LDPE 裝置工藝流程簡(jiǎn)圖。

界區來(lái)的新鮮乙烯與經(jīng)過(guò)增壓機壓縮的低壓循環(huán)氣混合進(jìn)入一次機，經(jīng)一次機壓縮后與高壓循環(huán)氣混合進(jìn)入二次機，經(jīng)二次機壓縮至 270MPa（G）

 

后進(jìn)入反應器預熱器，經(jīng)預熱器加熱進(jìn)入反應器，在反應器內分四段分別由四種過(guò)氧化物溶液引發(fā)聚合反應，經(jīng)過(guò)四段反應后的熔融聚乙烯與未反應的單體乙烯經(jīng)過(guò)反應器壓力脈沖閥 PV1 后，降壓至30 ~40 MPa（G）后經(jīng)反應器冷卻進(jìn)入高壓產(chǎn)品分離器，經(jīng)高壓產(chǎn)品分離器分離后的工藝氣體進(jìn)入高壓循環(huán)氣系統，而夾帶部分乙烯單體的熔融聚合物經(jīng)過(guò)產(chǎn)品閥 LV1 減壓至約 0.1 MPa（G）后進(jìn)入低壓產(chǎn)品分離器，在低壓產(chǎn)品分離器中，分離后的工藝氣進(jìn)入低壓循環(huán)氣系統，熔融聚乙烯進(jìn)入擠壓造粒系統，經(jīng)過(guò)水下切粒后將聚乙烯顆粒輸送至成品料倉。

 

2 反應器壓力變送器堵塞后的現象及影響

2.1 現象

三個(gè)壓力變送器中某一變送器發(fā)生堵塞。該變送器檢測壓力會(huì )與其余兩個(gè)變送器檢測壓力偏差較大，當該變送器檢測的壓力變化率與其余兩個(gè)壓力變化率偏差大于 5 MPa （G）后，反應器壓力脈沖閥控制器會(huì )將該檢測點(diǎn)的檢測壓力自動(dòng)摘除，不再參與反應器壓力的控制，此時(shí)剩余兩個(gè)檢測點(diǎn)檢測值的平均值作為反應器壓力的實(shí)際值，參與反應器壓力的控制，此時(shí)觀(guān)察 DCS 趨勢會(huì )發(fā)現，當某一個(gè)壓力檢測點(diǎn)失效后，反應器的實(shí)際控制壓力會(huì )發(fā)生變化，進(jìn)而導致脈沖閥開(kāi)大或關(guān)小。

 

三個(gè)壓力變送器中某兩個(gè)變送器堵塞后。在剩余的兩個(gè)壓力變送器中，當再次出現一個(gè)檢測點(diǎn)堵塞時(shí)，該檢測點(diǎn)壓力變化率與剩余一個(gè)壓力變化率偏差大于5 MPa（G），該壓力檢測點(diǎn)自動(dòng)被脈沖閥控制器摘除，此時(shí)反應器的壓力檢測點(diǎn)只剩余一個(gè)，該點(diǎn)作為反應器壓力檢測的非常好檢測點(diǎn)，此時(shí)反應器壓力控制的風(fēng)險增大三個(gè)壓力變送器都堵塞后。當僅剩下#后一個(gè)壓力變送器也被堵塞后，無(wú)法確認反應器的實(shí)際壓力為多少，此時(shí)反應器存在超壓超溫分解風(fēng)險。

 

2.2 影響

當出現一個(gè)或兩個(gè)變送器堵塞的初期，該壓力檢測點(diǎn)的壓力變化率會(huì )出現頻繁大于 5 MPa（G）或小于 5 MPa （G），意味著(zhù)該點(diǎn)頻繁參與到反應器壓力檢測的參考值，導致反應器壓力頻繁波動(dòng)。由于LDPE 生產(chǎn)過(guò)程中壓力是控制產(chǎn)品牌號質(zhì)量非常重要的工藝控制參數，因此，該壓力波動(dòng)會(huì )造成產(chǎn)品的熔融指數和密度的波動(dòng)，導致同一批次產(chǎn)品各項性能指標出現波動(dòng)。

 

當出現兩個(gè)變送器堵塞后，此時(shí)剩余一個(gè)檢測點(diǎn)的壓力參與反應器壓力的控制，此時(shí)增大了反應器壓力控制的風(fēng)險，當#后一個(gè)檢測點(diǎn)出現堵塞時(shí)，此時(shí)反應器的實(shí)際壓力無(wú)法判斷，進(jìn)而導致反應器壓力波動(dòng)較大，出現產(chǎn)品的熔融指數和密度的波動(dòng)。當脈沖閥頻繁動(dòng)作時(shí)會(huì )增加脈沖閥的損耗，縮短脈沖閥的使用壽命，當脈沖閥突然開(kāi)大會(huì )導致高分壓力快速上升，造成高分超壓和高分液位波動(dòng)，高循夾帶量增大；當脈沖閥突然關(guān)小會(huì )造成反應器實(shí)際壓力快速上升，造成反應器超壓，進(jìn)而導致聯(lián)鎖停車(chē)或乙烯達到熱力學(xué)分解溫度，發(fā)生分解反應產(chǎn)生的炭黑會(huì )黏附在反應器內壁上，在下次開(kāi)車(chē)時(shí)，會(huì )導致開(kāi)車(chē)料發(fā)黑，增加了等外品量。

 

3 反應器壓力變送器易堵原因分析

3.1 停工過(guò)程中反應器內有殘余聚合物

LDPE 裝置停工過(guò)程中，為了將反應器內殘余聚合物充分帶走，在聚合反應停止后，反應器壓力降到一定壓力（200 MPa（G）左右）后。維持一、二次機循環(huán)運轉至少 30min 以上，將反應器內的殘余聚合物充分帶到高壓產(chǎn)品分離器中。如果循環(huán)時(shí)間不夠，導致反應器內有殘余聚乙烯。在氮氣置換反應過(guò)程中，如果高壓產(chǎn)品分離器作為反應器置換的氮氣氣源，此時(shí)反應器內殘余聚合物就會(huì )倒流至反應器入口，導致聚合物進(jìn)入反應壓力變送器中，堵塞變送器。

 

3.2 高壓循環(huán)氣系統分離不充分

LDPE 裝置正常生產(chǎn)過(guò)程中，由于高分液位波動(dòng)、高分液位計失靈或高分液位控制過(guò)高導致大量聚合物隨著(zhù)高循氣進(jìn)入高壓循環(huán)氣冷卻系統，經(jīng)過(guò)四己娩卻和四級分離將高循環(huán)氣中夾帶的蠟分離，經(jīng)過(guò)分離冷卻的工藝氣與一次機來(lái)的新鮮乙烯混合進(jìn)入二次機。在此過(guò)程中，如果高循換熱器結垢嚴重或冷媒系統溫度控制過(guò)高，導致高循氣中夾帶的蠟不能充分分離，隨著(zhù)工藝氣進(jìn)入二次機，進(jìn)而經(jīng)過(guò)反應器預熱器進(jìn)入反應器入口，隨著(zhù)反應的進(jìn)行，長(cháng)時(shí)間的高循夾帶進(jìn)入二次機，導致聚合物在反應器壓力變送器積累越來(lái)越多，從而導致壓力變送器堵塞。

 

3.3 預熱器產(chǎn)生低聚物

LDPE 裝置正常生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)二次機壓縮的工藝氣進(jìn)入預熱器，通過(guò)控制 LLPS、LPS 和 MPS通過(guò)預熱器的量，從而控制工藝氣進(jìn)入反應器的溫度。當反應器溫度控制過(guò)高且工藝氣中活性氧含量高時(shí)，在預熱器中發(fā)生不期望的聚合反應，從而產(chǎn)生低聚物，低聚物隨著(zhù)工藝氣進(jìn)入反應器入口，長(cháng)時(shí)間產(chǎn)生低聚物，低聚物慢慢堵塞反應器壓力變送器，從而導致反應器壓力控制產(chǎn)生波動(dòng)。

 

4 減少反應器壓力變送器堵塞的對策

4.1 減少反應器內殘留聚合物

LDPE 裝置停工過(guò)程中，為了將反應器內殘余聚合物充分帶走，在聚合反應停止后，反應器壓力降到一定壓力后。確保一、二次機循環(huán)運轉至少 30min以上，如果一二次機未運轉 30min 以上，在反應器需要置換檢修時(shí)，確保通過(guò)二次機入口作為反應器置換的氣源，從而防止反應器中殘留的聚合物倒流至反應器入口堵塞反應器壓力變送器。

 

4.2 提高高循換熱效果

冷熱兩流體通過(guò)間壁的傳熱過(guò)程，其傳熱速率方程式為:

Q=KA△t m （1）

式中 Q 為傳熱速率，單位 W；K 為總傳熱系數，單位 W/ （m 2 ·℃）；A 為傳熱面積，單位 m 2 ；△t m 為兩流體的平均溫度差℃。如何正確確定 K 值，是傳熱過(guò)程計算中一個(gè)重要問(wèn)題。 [2] 高循換熱器為列管式換熱器，對于高循換熱器，由公式（1）可知，傳熱面積 A一定，為兩流體的平均溫度差△t m 一定。因此，影響高循換熱器換熱效果的主要是總傳熱系數 K。在化工操作過(guò)程中，隨著(zhù)時(shí)間的推移，作為冷熱流體的的介質(zhì)往往會(huì )在間壁兩側結垢，這種污垢的存在會(huì )影響換熱，由于污垢的厚度和導熱系數難以獲得，因此在工程上，一般用一個(gè)系數（污垢熱阻）來(lái)計算污垢對傳熱的影響。[3] 因此盡可能的降低高循換熱器內的蠟，提高高循的換熱效果�？梢酝ㄟ^(guò)以下措施降低污垢系數，從而提高總傳熱系數。

（1）LDPE 正常生產(chǎn)中，通過(guò)增加各高循分離器的排蠟次數，減少高循分離器內壁粘附的聚乙烯的聚集

（2）降低高分液位的控制范圍

（3）提高高分液位控制器的控制平穩率

（4）縮短高循切換的周期

（5）提高高循換熱器再生時(shí)加熱溫度、恒溫時(shí)間及恒溫排蠟次數

 

4.3 控制預熱器內低聚物的產(chǎn)生

1）通過(guò)聯(lián)系上游裝置，控制好原料乙烯中氧氣含量不超過(guò)設計指標

（2）控制技術(shù)氣的注入量，避免注入較多的技術(shù)氣，導致氧含量超標

（3）控制好預熱器的溫度不超過(guò) 170℃

（4）增加返回乙烯的量，加大循環(huán)氣凈化量

 

5 當反應器壓力變送器出現檢測失效后的應對措施

通過(guò)收集 DCS 數據資料，分析比對發(fā)現，二次機出口壓力檢測的三個(gè)變送器檢測值（P1’、P2’和P3’）較穩定，但該三點(diǎn)的壓力較反應器壓力（P1、P2和 P3）高出一定值。通過(guò)對比分析，加入修正值，擬采用二次機出口的三個(gè)壓力變送器檢測值修正后作為反應器壓力檢測值，參與反應器的壓力控制。通過(guò)組態(tài)加入一個(gè)壓力在線(xiàn)切換開(kāi)關(guān)，當反應器壓力變送器中出現檢測失效時(shí)，采取切換開(kāi)關(guān)將反應器壓力檢測值切換至二次機出口壓力檢測。該裝置已在反應器中出現兩個(gè)變送器堵塞導致壓力檢測失效時(shí)，成功使用過(guò)該切換開(kāi)關(guān)，在切換后反應器壓力控制平穩，裝置運行平穩，提高了裝置的長(cháng)周期運轉率。如圖 2 壓力在線(xiàn)切換開(kāi)關(guān)。

6 結束語(yǔ)

通過(guò)分析導致高壓聚乙烯裝置反應器壓力變送器堵塞的原因，并針對原因采取一系列預防措施，有效地減緩了變送器的堵塞，提高了裝置的運轉周期，減少了不必要的停車(chē)損耗，從而達到降低成本增加收率，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

 

相關(guān)產(chǎn)品tuijian：熱點(diǎn)溫度計、阻旋料位開(kāi)關(guān)、