摘要:高壓聚乙烯(LDPE)裝置反應(yīng)壓力高達(dá) 220~300MPa (G),反應(yīng)溫度高達(dá) 270~330℃。為解決國(guó)內(nèi)某高壓聚乙烯裝置反應(yīng)器壓力變送器經(jīng)常堵塞,嚴(yán)重影響該裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的問題,通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)比分析導(dǎo)致反應(yīng)器壓力變送器堵塞的主要原因,在操作中采取增加高循分離器的排蠟次數(shù),降低污垢系數(shù)并控制預(yù)熱器中低聚物的產(chǎn)生等相應(yīng)措施,從而減緩裝置反應(yīng)器壓力變送器的堵塞,提高裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期,為同類裝置的生產(chǎn)提供一定的參考。r2L壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
引 言
本文所介紹的 LDPE 裝置為管式反應(yīng)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(diào)整劑,生產(chǎn)均聚聚乙烯產(chǎn)品,以過氧化物為引發(fā)劑。界區(qū)來的乙烯氣體經(jīng)過增壓一次機(jī)和二次機(jī)升壓至 260MPa(G)后進(jìn)入反應(yīng)器,過氧化物分四點(diǎn)注入反應(yīng)器的不同區(qū)域,形成反應(yīng)一峰、二峰、三峰和四峰。 [1] 反應(yīng)器壓力通過位于反應(yīng)器出口的壓力脈沖閥進(jìn)行控制,反應(yīng)器壓力檢測(cè)點(diǎn)位于反應(yīng)器入口,采用 3 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)反應(yīng)器壓力,從而提高裝置壓力檢測(cè)的穩(wěn)定性,取三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)中間值作為反應(yīng)器壓力的實(shí)際值。該裝置自投產(chǎn)運(yùn)行以來,反應(yīng)器壓力變送器經(jīng)常出現(xiàn)被聚合物堵塞的現(xiàn)象,導(dǎo)致壓力變送器檢測(cè)失效,從而影響了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行,成為制約該裝置長(zhǎng)周期運(yùn)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(cāng)等。如圖 1 LDPE 裝置工藝流程簡(jiǎn)圖。
界區(qū)來的新鮮乙烯與經(jīng)過增壓機(jī)壓縮的低壓循環(huán)氣混合進(jìn)入一次機(jī),經(jīng)一次機(jī)壓縮后與高壓循環(huán)氣混合進(jìn)入二次機(jī),經(jīng)二次機(jī)壓縮至 270MPa(G)
后進(jìn)入反應(yīng)器預(yù)熱器,經(jīng)預(yù)熱器加熱進(jìn)入反應(yīng)器,在反應(yīng)器內(nèi)分四段分別由四種過氧化物溶液引發(fā)聚合反應(yīng),經(jīng)過四段反應(yīng)后的熔融聚乙烯與未反應(yīng)的單體乙烯經(jīng)過反應(yīng)器壓力脈沖閥 PV1 后,降壓至30 ~40 MPa(G)后經(jīng)反應(yīng)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(tǒng),而夾帶部分乙烯單體的熔融聚合物經(jīng)過產(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(tǒng),熔融聚乙烯進(jìn)入擠壓造粒系統(tǒng),經(jīng)過水下切粒后將聚乙烯顆粒輸送至成品料倉(cāng)。
2 反應(yīng)器壓力變送器堵塞后的現(xiàn)象及影響
2.1 現(xiàn)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(cè)壓力會(huì)與其余兩個(gè)變送器檢測(cè)壓力偏差較大,當(dāng)該變送器檢測(cè)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(yīng)器壓力脈沖閥控制器會(huì)將該檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)壓力自動(dòng)摘除,不再參與反應(yīng)器壓力的控制,此時(shí)剩余兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)值的平均值作為反應(yīng)器壓力的實(shí)際值,參與反應(yīng)器壓力的控制,此時(shí)觀察 DCS 趨勢(shì)會(huì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)某一個(gè)壓力檢測(cè)點(diǎn)失效后,反應(yīng)器的實(shí)際控制壓力會(huì)發(fā)生變化,進(jìn)而導(dǎo)致脈沖閥開大或關(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(dāng)再次出現(xiàn)一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)堵塞時(shí),該檢測(cè)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(cè)點(diǎn)自動(dòng)被脈沖閥控制器摘除,此時(shí)反應(yīng)器的壓力檢測(cè)點(diǎn)只剩余一個(gè),該點(diǎn)作為反應(yīng)器壓力檢測(cè)的非常好檢測(cè)點(diǎn),此時(shí)反應(yīng)器壓力控制的風(fēng)險(xiǎn)增大三個(gè)壓力變送器都堵塞后。當(dāng)僅剩下#后一個(gè)壓力變送器也被堵塞后,無法確認(rèn)反應(yīng)器的實(shí)際壓力為多少,此時(shí)反應(yīng)器存在超壓超溫分解風(fēng)險(xiǎn)。
2.2 影響
當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)變送器堵塞的初期,該壓力檢測(cè)點(diǎn)的壓力變化率會(huì)出現(xiàn)頻繁大于 5 MPa(G)或小于 5 MPa (G),意味著該點(diǎn)頻繁參與到反應(yīng)器壓力檢測(cè)的參考值,導(dǎo)致反應(yīng)器壓力頻繁波動(dòng)。由于LDPE 生產(chǎn)過程中壓力是控制產(chǎn)品牌號(hào)質(zhì)量非常重要的工藝控制參數(shù),因此,該壓力波動(dòng)會(huì)造成產(chǎn)品的熔融指數(shù)和密度的波動(dòng),導(dǎo)致同一批次產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)出現(xiàn)波動(dòng)。
當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)變送器堵塞后,此時(shí)剩余一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的壓力參與反應(yīng)器壓力的控制,此時(shí)增大了反應(yīng)器壓力控制的風(fēng)險(xiǎn),當(dāng)#后一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)堵塞時(shí),此時(shí)反應(yīng)器的實(shí)際壓力無法判斷,進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)器壓力波動(dòng)較大,出現(xiàn)產(chǎn)品的熔融指數(shù)和密度的波動(dòng)。當(dāng)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(dāng)脈沖閥突然開大會(huì)導(dǎo)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(dāng)脈沖閥突然關(guān)小會(huì)造成反應(yīng)器實(shí)際壓力快速上升,造成反應(yīng)器超壓,進(jìn)而導(dǎo)致聯(lián)鎖停車或乙烯達(dá)到熱力學(xué)分解溫度,發(fā)生分解反應(yīng)產(chǎn)生的炭黑會(huì)黏附在反應(yīng)器內(nèi)壁上,在下次開車時(shí),會(huì)導(dǎo)致開車料發(fā)黑,增加了等外品量。
3 反應(yīng)器壓力變送器易堵原因分析
3.1 停工過程中反應(yīng)器內(nèi)有殘余聚合物
LDPE 裝置停工過程中,為了將反應(yīng)器內(nèi)殘余聚合物充分帶走,在聚合反應(yīng)停止后,反應(yīng)器壓力降到一定壓力(200 MPa(G)左右)后。維持一、二次機(jī)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)至少 30min 以上,將反應(yīng)器內(nèi)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(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)有殘余聚乙烯。在氮?dú)庵脫Q反應(yīng)過程中,如果高壓產(chǎn)品分離器作為反應(yīng)器置換的氮?dú)鈿庠,此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)殘余聚合物就會(huì)倒流至反應(yīng)器入口,導(dǎo)致聚合物進(jìn)入反應(yīng)壓力變送器中,堵塞變送器。
3.2 高壓循環(huán)氣系統(tǒng)分離不充分
LDPE 裝置正常生產(chǎn)過程中,由于高分液位波動(dòng)、高分液位計(jì)失靈或高分液位控制過高導(dǎo)致大量聚合物隨著高循氣進(jìn)入高壓循環(huán)氣冷卻系統(tǒng),經(jīng)過四己娩卻和四級(jí)分離將高循環(huán)氣中夾帶的蠟分離,經(jīng)過分離冷卻的工藝氣與一次機(jī)來的新鮮乙烯混合進(jìn)入二次機(jī)。在此過程中,如果高循換熱器結(jié)垢嚴(yán)重或冷媒系統(tǒng)溫度控制過高,導(dǎo)致高循氣中夾帶的蠟不能充分分離,隨著工藝氣進(jìn)入二次機(jī),進(jìn)而經(jīng)過反應(yīng)器預(yù)熱器進(jìn)入反應(yīng)器入口,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,長(zhǎng)時(shí)間的高循夾帶進(jìn)入二次機(jī),導(dǎo)致聚合物在反應(yīng)器壓力變送器積累越來越多,從而導(dǎo)致壓力變送器堵塞。
3.3 預(yù)熱器產(chǎn)生低聚物
LDPE 裝置正常生產(chǎn)過程中,經(jīng)過二次機(jī)壓縮的工藝氣進(jìn)入預(yù)熱器,通過控制 LLPS、LPS 和 MPS通過預(yù)熱器的量,從而控制工藝氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度。當(dāng)反應(yīng)器溫度控制過高且工藝氣中活性氧含量高時(shí),在預(yù)熱器中發(fā)生不期望的聚合反應(yīng),從而產(chǎn)生低聚物,低聚物隨著工藝氣進(jìn)入反應(yīng)器入口,長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生低聚物,低聚物慢慢堵塞反應(yīng)器壓力變送器,從而導(dǎo)致反應(yīng)器壓力控制產(chǎn)生波動(dòng)。
4 減少反應(yīng)器壓力變送器堵塞的對(duì)策
4.1 減少反應(yīng)器內(nèi)殘留聚合物
LDPE 裝置停工過程中,為了將反應(yīng)器內(nèi)殘余聚合物充分帶走,在聚合反應(yīng)停止后,反應(yīng)器壓力降到一定壓力后。確保一、二次機(jī)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)至少 30min以上,如果一二次機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn) 30min 以上,在反應(yīng)器需要置換檢修時(shí),確保通過二次機(jī)入口作為反應(yīng)器置換的氣源,從而防止反應(yīng)器中殘留的聚合物倒流至反應(yīng)器入口堵塞反應(yīng)器壓力變送器。
4.2 提高高循換熱效果
冷熱兩流體通過間壁的傳熱過程,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(shù),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,是傳熱過程計(jì)算中一個(gè)重要問題。 [2] 高循換熱器為列管式換熱器,對(duì)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(shù) K。在化工操作過程中,隨著時(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(cè)結(jié)垢,這種污垢的存在會(huì)影響換熱,由于污垢的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)難以獲得,因此在工程上,一般用一個(gè)系數(shù)(污垢熱阻)來計(jì)算污垢對(duì)傳熱的影響。[3] 因此盡可能的降低高循換熱器內(nèi)的蠟,提高高循的換熱效果。可以通過以下措施降低污垢系數(shù),從而提高總傳熱系數(shù)。
(1)LDPE 正常生產(chǎn)中,通過增加各高循分離器的排蠟次數(shù),減少高循分離器內(nèi)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(wěn)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(shù)
4.3 控制預(yù)熱器內(nèi)低聚物的產(chǎn)生
1)通過聯(lián)系上游裝置,控制好原料乙烯中氧氣含量不超過設(shè)計(jì)指標(biāo)
(2)控制技術(shù)氣的注入量,避免注入較多的技術(shù)氣,導(dǎo)致氧含量超標(biāo)
(3)控制好預(yù)熱器的溫度不超過 170℃
(4)增加返回乙烯的量,加大循環(huán)氣凈化量
5 當(dāng)反應(yīng)器壓力變送器出現(xiàn)檢測(cè)失效后的應(yīng)對(duì)措施
通過收集 DCS 數(shù)據(jù)資料,分析比對(duì)發(fā)現(xiàn),二次機(jī)出口壓力檢測(cè)的三個(gè)變送器檢測(cè)值(P1’、P2’和P3’)較穩(wěn)定,但該三點(diǎn)的壓力較反應(yīng)器壓力(P1、P2和 P3)高出一定值。通過對(duì)比分析,加入修正值,擬采用二次機(jī)出口的三個(gè)壓力變送器檢測(cè)值修正后作為反應(yīng)器壓力檢測(cè)值,參與反應(yīng)器的壓力控制。通過組態(tài)加入一個(gè)壓力在線切換開關(guān),當(dāng)反應(yīng)器壓力變送器中出現(xiàn)檢測(cè)失效時(shí),采取切換開關(guān)將反應(yīng)器壓力檢測(cè)值切換至二次機(jī)出口壓力檢測(cè)。該裝置已在反應(yīng)器中出現(xiàn)兩個(gè)變送器堵塞導(dǎo)致壓力檢測(cè)失效時(shí),成功使用過該切換開關(guān),在切換后反應(yīng)器壓力控制平穩(wěn),裝置運(yùn)行平穩(wěn),提高了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)率。如圖 2 壓力在線切換開關(guān)。
6 結(jié)束語
通過分析導(dǎo)致高壓聚乙烯裝置反應(yīng)器壓力變送器堵塞的原因,并針對(duì)原因采取一系列預(yù)防措施,有效地減緩了變送器的堵塞,提高了裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期,減少了不必要的停車損耗,從而達(dá)到降低成本增加收率,提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
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