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(guò)氧化物為引發(fā)劑。界區(qū)來(lái)的乙烯氣體經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)，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(lái)的新鮮乙烯與經(jīng)過(guò)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(guò)氧化物溶液引發(fā)聚合反應(yīng)，經(jīng)過(guò)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(guò)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(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(tǒng)，熔融聚乙烯進(jìn)入擠壓造粒系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)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(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(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*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(wú)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(guò)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(wú)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(kāi)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(chē)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(kāi)車(chē)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)車(chē)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(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)有殘余聚合物

LDPE 裝置停工過(guò)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(guò)程中，如果高壓產(chǎn)品分離器作為反應(yīng)器置換的氮?dú)鈿庠矗藭r(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(guò)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(guò)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(guò)四級(jí)冷卻和四級(jí)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(jī)來(lái)的新鮮乙烯混合進(jìn)入二次機(jī)。在此過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)程中，經(jīng)過(guò)二次機(jī)壓縮的工藝氣進(jìn)入預(yù)熱器，通過(guò)控制 LLPS、LPS 和 MPS通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(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(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(guò)程計(jì)算中一個(gè)重要問(wèn)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(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(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(guò) 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(guò)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(guò)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(guò)組態(tài)加入一個(gè)壓力在線切換開(kāi)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(kāi)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(guò)該切換開(kāi)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(kāi)關(guān)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)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(chē)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。