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)器壓力檢測點位于反應(yīng)器入口，采用 3 個檢測點檢測反應(yīng)器壓力，從而提高裝置壓力檢測的穩(wěn)定性，取三個檢測點的檢測中間值作為反應(yīng)器壓力的實際值。該裝置自投產(chǎn)運行以來，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)致壓力變送器檢測失效，從而影響了裝置的安全穩(wěn)定運行，成為制約該裝置長周期運行的主要因素之一。

 

1 工藝流程簡介

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。

 

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與其余兩個變送器檢測壓力偏差較大，當(dāng)該變送器檢測的壓力變化率與其余兩個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將該檢測點的檢測壓力自動摘除，不再參與反應(yīng)器壓力的控制，此時剩余兩個檢測點檢測值的平均值作為反應(yīng)器壓力的實際值，參與反應(yīng)器壓力的控制，此時觀察 DCS 趨勢會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某一個壓力檢測點失效后，反應(yīng)器的實際控制壓力會發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致脈沖閥開大或關(guān)小。

 

三個壓力變送器中某兩個變送器堵塞后。在剩余的兩個壓力變送器中，當(dāng)再次出現(xiàn)一個檢測點堵塞時，該檢測點壓力變化率與剩余一個壓力變化率偏差大于5 MPa（G），該壓力檢測點自動被脈沖閥控制器摘除，此時反應(yīng)器的壓力檢測點只剩余一個，該點作為反應(yīng)器壓力檢測的非常好檢測點，此時反應(yīng)器壓力控制的風(fēng)險增大三個壓力變送器都堵塞后。當(dāng)僅剩下#后一個壓力變送器也被堵塞后，無法確認(rèn)反應(yīng)器的實際壓力為多少，此時反應(yīng)器存在超壓超溫分解風(fēng)險。

 

2.2 影響

當(dāng)出現(xiàn)一個或兩個變送器堵塞的初期，該壓力檢測點的壓力變化率會出現(xiàn)頻繁大于 5 MPa（G）或小于 5 MPa （G），意味著該點頻繁參與到反應(yīng)器壓力檢測的參考值，導(dǎo)致反應(yīng)器壓力頻繁波動。由于LDPE 生產(chǎn)過程中壓力是控制產(chǎn)品牌號質(zhì)量非常重要的工藝控制參數(shù)，因此，該壓力波動會造成產(chǎn)品的熔融指數(shù)和密度的波動，導(dǎo)致同一批次產(chǎn)品各項性能指標(biāo)出現(xiàn)波動。

 

當(dāng)出現(xiàn)兩個變送器堵塞后，此時剩余一個檢測點的壓力參與反應(yīng)器壓力的控制，此時增大了反應(yīng)器壓力控制的風(fēng)險，當(dāng)#后一個檢測點出現(xiàn)堵塞時，此時反應(yīng)器的實際壓力無法判斷，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)器壓力波動較大，出現(xiàn)產(chǎn)品的熔融指數(shù)和密度的波動。當(dāng)脈沖閥頻繁動作時會增加脈沖閥的損耗，縮短脈沖閥的使用壽命，當(dāng)脈沖閥突然開大會導(dǎo)致高分壓力快速上升，造成高分超壓和高分液位波動，高循夾帶量增大；當(dāng)脈沖閥突然關(guān)小會造成反應(yīng)器實際壓力快速上升，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)生的炭黑會黏附在反應(yīng)器內(nèi)壁上，在下次開車時，會導(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)時間不夠，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)有殘余聚乙烯。在氮氣置換反應(yīng)過程中，如果高壓產(chǎn)品分離器作為反應(yīng)器置換的氮氣氣源，此時反應(yīng)器內(nèi)殘余聚合物就會倒流至反應(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、高分液位計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，長時間的高循夾帶進(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，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，長時間產(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。

 

4 減少反應(yīng)器壓力變送器堵塞的對策

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)運轉(zhuǎn)至少 30min以上，如果一二次機(jī)未運轉(zhuǎn) 30min 以上，在反應(yīng)器需要置換檢修時，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，是傳熱過程計算中一個重要問題。 [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(shù) K。在化工操作過程中，隨著時間的推移，作為冷熱流體的的介質(zhì)往往會在間壁兩側(cè)結(jié)垢，這種污垢的存在會影響換熱，由于污垢的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)難以獲得，因此在工程上，一般用一個系數(shù)（污垢熱阻）來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(nèi)的蠟，提高高循的換熱效果�？梢酝ㄟ^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加熱溫度、恒溫時間及恒溫排蠟次數(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)檢測失效后的應(yīng)對措施

通過收集 DCS 數(shù)據(jù)資料，分析比對發(fā)現(xiàn)，二次機(jī)出口壓力檢測的三個變送器檢測值（P1’、P2’和P3’）較穩(wěn)定，但該三點的壓力較反應(yīng)器壓力（P1、P2和 P3）高出一定值。通過對比分析，加入修正值，擬采用二次機(jī)出口的三個壓力變送器檢測值修正后作為反應(yīng)器壓力檢測值，參與反應(yīng)器的壓力控制。通過組態(tài)加入一個壓力在線切換開關(guān)，當(dāng)反應(yīng)器壓力變送器中出現(xiàn)檢測失效時，采取切換開關(guān)將反應(yīng)器壓力檢測值切換至二次機(jī)出口壓力檢測。該裝置已在反應(yīng)器中出現(xiàn)兩個變送器堵塞導(dǎo)致壓力檢測失效時，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)，裝置運行平穩(wěn)，提高了裝置的長周期運轉(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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