溶液法聚乙烯工藝回收區竄入樹脂現象的判斷與對策

張 囡，林大平，費伯成，張家申，陳 宇

（1.遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001；2.中國石油 撫順石化公司 大項目指揮部，遼寧 撫順113001）

1 溶液法生產聚乙烯工藝簡介

目前，生產聚乙烯的工藝主要有氣相法、溶液法和淤漿法。溶液法生產聚乙烯工藝是把單體乙烯充分溶解在溶劑環已烷中，以丁烯-1為共聚單體，采用鈦和釩系的齊格勒高效催化劑，在200～300℃，10～14MPa（g）的壓力下發生聚合反應。生成的聚合物溶液經脫活劑脫活和脫除催化劑殘渣后，經兩步減壓操作后進行閃蒸分離，閃蒸出的工藝物料如溶劑環已烷和少量的未反應乙烯（乙烯的單程轉化率為95%）和共聚單體丁烯-1等返回到回收區進行精制循環使用，余下的熔融狀樹脂直接進入擠壓機，并和各種固體的以及液體的添加劑混合進行擠壓造粒，造粒后的樹脂顆粒經汽提干燥除去殘存的微量溶劑，摻混包裝形成可供裝運發售的最終聚乙烯產品。整個裝置按工藝過程可分為4個大區：即反應區、成品區、回收區、公用工程區。

2 竄樹脂現象產生的原因及危害

2.1 竄樹脂現象產生的原因

竄樹脂現象產生的主要原因為：系統溶液經溶液吸附器V-FA-105A/B吸附掉催化劑殘渣后，壓力10.4MPa，約300℃的工藝物料經PIC-1150減壓后進入中壓分離器V-FA-120，經中分器壓力控制閥PIC-1152再次減壓壓力降至3.0～3.4MPa，80%的環己烷、未反應的乙烯、丁烯-1及低聚物經中壓分離器V-FA-120頂部閃蒸分離，并在回收區經低沸塔進料冷凝器E-EA-203撤走反應熱。約17.5%的環己烷經低壓分離器進一步閃蒸分離。中壓分離器的容積為3.16m3，正常生產時，每小時約有50t的溶劑在此閃蒸出來，如果中壓分離器和低壓分離器工況控制不好或出現異常，易導致分離效果不好，產生樹脂夾帶，并竄至回收區。如中壓分離器V-FA-120和低壓分離器V-FA-121/122的壓力和液位控制不好，工藝參數波動大，操作不平穩，都會導致回收區內不同程度竄入樹脂。而且由于裝置高溫高壓，運行多年，有些設備老化、腐蝕嚴重等設備故障的原因也會引起竄樹脂。

2.2 竄樹脂現象的危害

隨著中壓分離器和低壓分離器壓力和溫度的降低，竄至回收區的樹脂在溶劑中的溶解度下降，晶體析出，輕則造成回收區操作困難、蒸汽加熱量增大、油脂排放量多，大大增加物耗和能耗；重則導致裝置全線停車，且清理管線和塔設備的作業極其困難，易發生次生事故。以撫順石化乙烯廠聚乙烯裝置為例，近5年由于竄樹脂造成的較為嚴重的事故就有兩起。

3 竄樹脂后的系統表象

竄樹脂現象具有隱秘性和滯后性，初期聚合區跡象不易被操作人員發現，等回收區有反應的時候就可能已經有大量的樹脂竄至回收區塔系統，極易造成事故、產生事故。因此，依據竄樹脂后系統出現的異常現象特征，快速判斷是否發生竄樹脂現象是十分重要的。因為竄樹脂現象是由于中分或低分工況不正常引起的，所以發生竄樹脂時，最先有反應的是中分或低分，觀其壓力和液位是否偏離正常值，或者控制閥閥位是否異常等情況可以初步判斷竄樹脂現象是否產生。

樹脂竄入回收區后，回收區會因竄入量的大小發生相應的變化，比較明顯的異常有以下幾個方面：

（1）低沸塔進料換熱器E-EA-203出口溫度TI2032有明顯升高；低沸塔會有加熱困難,塔釜溫差增大的跡象。

（2）由于重組分增多，HB塔T-DA-202壓差升高，再沸器E-EA-206殼程壓力升高；塔釜溫度迅速升高。

（3）RB塔T-DA-203壓差升高，塔釜溫度偏高；再沸器E-EA-209殼程壓力升高,加熱困難。

（4）采樣點SC-203、SC-209取樣有絮狀白色物質，甚至整個樣品溶液變成乳白色。

（5）由于竄入樹脂，回收區精制的環己烷純度低，粘度大，流動性降低，環己烷凈化床V-FA-101A/B壓差PDI-1035迅速升高。

以撫順石化乙烯廠聚乙烯裝置2009年11月5日發生中壓分離器竄樹脂事故為例，表1給出中壓分離器竄樹脂前后明顯偏離正常值的一些參數數據。

表1 中壓分離器竄樹脂前后參數數據Tab.1 The date of the resin fleeing into medium pressure separator before and after parameter

4 對策

回收區竄入樹脂后，應該采取什么措施應對，主要根據竄入量的大小而進行系統調整和恢復。如果發生閃蒸管斷裂或者LV-1154關閉等嚴重的設備損壞事故，則應立即停止反應器進料，系統保溫保壓，以盡可能地減少樹脂進入回收區的量。如果竄入量在可控范圍內，則可考慮降低產量、降量幅度。可根據高沸塔回流罐V-FA-207液位下降的趨勢進行調整，并按以下操作進行系統恢復。

（1）內操控制好LIC1154液位，防止過高，控制PIC1152閥位在正常范圍，從源頭上防止樹脂反竄。由于LIC-1154液位顯示容易失真，可結合其實際閥位開度和一段低壓分離器的壓力判斷其液位。

（2）加大高沸塔塔底出料，防止塔釜重組分積聚過多，影響塔加熱和精餾效果，并注意保持V-FA-207液位，防止過低，影響反應區生產。根據油脂塔的能力盡量增大HB塔至RB塔的循環量。

（3）RB塔加大油脂排放量，初期應現場連續排放,直致排出的油脂如正常生產時一樣，而后也TV-2158至少每小時排放一次防止排放線堵塞，并應根據系統環己烷液位情況向系統及時補充環己烷，以達到補充大量排油脂造成的系統損失和降低系統油脂和樹脂的濃度。

（4）高沸塔塔底油脂較多時，可用P-GA-203直接抽HB塔底部物料。在改此流程時，先關閉V-FA-201去P-203的手閥，防止HB物料竄入V-FA-201,由于物流中含大量樹脂，溫度變化可能會有樹脂析出而形成絮狀物，導致泵前濾網堵塞，要注意觀察P-GA-203溫度和流量，若不上量，立即切換至備泵，主泵清濾網。

（5）如低壓分離器竄樹脂，則及時清理E-EA-2 02出口濾網和P-GA-201入口濾網，防止樹脂堵塞管道。

（6）系統正常的判斷跡象。

①SC-203、SC-209采樣分析正常。

②LB、HB、RB各塔再沸器加熱正常,塔底再沸器殼程壓力正常。

③HB塔底溫度正常。

④RB塔底排放物正常通暢。

此外，應注意的是，因為物流中含有樹脂，注意低沸塔進料泵P-GA-204的運轉狀況，防止密封泄漏，發生事故。系統通過以上措施進行恢復后，回收系統恢復穩定后，則可提產量至正常值。

5 結論

對于溶液法聚乙烯工藝，中分和低分的操作是極其重要的，任何竄樹脂都會造成能耗和物耗的大量增加，其停工檢修的難度也遠比正常檢修的難度要大得多。本文分析產生竄樹脂現象原因并給出消除竄樹脂現象實際可行的對策，對降低重大事故發生的可能性，減少企業人員、物資、經濟等多方面損失具有十分重要的意義。

［1］撫順石化乙烯廠.線性聚乙烯裝置工藝控制手冊［M］.天津:僑發印刷公司,1990.

［2］任曉兵,李逸,廉秀軍.溶液法聚乙烯工藝反應前移、后移現象分析［J］.當代化工，2008,37（1）:86-89.