鐘紡聚酯裝置噴淋系統(tǒng)長周期運行分析

張 濤

（洛陽實華合纖有限責任公司，河南 洛陽 471012）

洛陽實華合纖公司聚酯裝置采用的是日本鐘紡五釜聚合工藝，裝置設計生產能力500 t·d-1。自2005年投產以來，通過不斷的工藝優(yōu)化和技術改造，裝置產能、消耗、運行周期等指標在原設計基礎上都有不同程度進步，但同時也發(fā)現(xiàn)，縮聚噴淋系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象也越來越嚴重，制約著裝置潛能的發(fā)揮?，F(xiàn)根據裝置實際情況，對影響噴淋系統(tǒng)長周期運行的因素進行分析并提出改進措施。換熱器葉片上的結垢,以保證循環(huán)EG的換熱效果和流量;并且從每天EG噴淋流量的記錄結果可知EG流量有逐漸降低的趨勢,每次流量偏低時都需調節(jié)閥門的開度來調節(jié)EG的噴淋流量，直接影響了真空系統(tǒng)真空度波動和切片的等級。

1 噴淋系統(tǒng)介紹

裝置采用的日本鐘紡直接酯化、連續(xù)縮聚生產工藝，有2個酯化釜、3個縮聚釜。3臺縮聚反應釜各配有1套EG噴淋系統(tǒng)。

1.1 噴淋系統(tǒng)簡介

噴淋系統(tǒng)由刮板冷凝器、液封槽、循環(huán)泵、冷卻器及相關附件組成，工作原理為：縮聚釜中的乙二醇混合蒸氣經氣相管線進入刮板冷凝器后，經刮板冷凝器頂部的乙二醇液噴淋，大部分氣相物冷凝，少部分被真空泵吸入真空系統(tǒng)，同時混合蒸氣中所夾帶的聚合單體、低聚物和其他低分子物質,被乙二醇液噴淋后經刮板式攪拌器清除，隨凝液收集在液封槽，液封槽有內外兩層，一部分低聚物沉積在液封槽內層低部，另一部分隨凝液由內層溢流到外層的過程中，沉積在液封槽頂部的弧形濾網內，并定期清理。經過濾的乙二醇通過循環(huán)泵和冷卻器循環(huán)使用。具體工藝流程如圖1所示。

隨著裝置的長周期運行和生產負荷的提高，我們發(fā)現(xiàn)低聚物沉積量越來越大，離心泵泵前過濾器堵塞也越來越頻繁，離心泵需頻繁切換,有時甚至幾個小時切換一次；換熱器也需經常切換以便沖洗

圖1 真空噴淋系統(tǒng)工藝流程Fig1 Vaccum spary system technological process

1.2 低聚物成分分析

聚酯合成的主反應有酯化反應、縮聚反應,副反應主要包括醚鍵(即二甘醇,簡稱DEG)、環(huán)聚體的生成和聚酯高分子的降解。在終縮聚反應釜進行縮聚的單體BHET和低聚合度聚酯中,存在著未酯化的羧基。在縮聚過程中,除了BHET和低聚合度聚酯的端基β-羥乙酯基脫EG縮聚外,還有未酯化的殘余羧基和端基β-羥乙酯基脫水進行的酯化反應。由此可知,縮聚反應中EG真空噴淋系統(tǒng)中主要的低聚物和小分子組分可能有:對苯二甲酸、苯甲酸、二甘醇、乙醛、各種醚和酯以及在高溫(250~286℃)和高真空階段形成的含有酯和醚鍵的環(huán)狀二聚體、三聚體和少量四聚體。

2 影響噴淋系統(tǒng)長周期運行的因素及改進措施

2.1 刮板冷凝器損壞

刮板冷凝器（圖2）的作用是把從最終反應釜里抽出來的EG蒸氣進行冷凝,以確保真空系統(tǒng)正常運行。由于EG蒸氣在冷凝降溫過程中會把其中夾帶的低聚物析出,這些低聚物析出后附在刮板冷凝器內壁上，經刮板刮除后隨凝液進入液封槽。在生產中出現(xiàn)過大刮板變形和刮板電機聯(lián)軸節(jié)銷子折斷的現(xiàn)象。

圖2 刮板冷凝器結構示意圖

2.1.1 大刮板變形

由于氣相管線出口處堆積的物料粘度和硬度較高,大刮板在刮剝過程中產生微量變形,刮板變形導致間隙變大,間隙變大后堆積的物料體積和強度更大,導致刮板更大的變形,由此形成惡性循環(huán)。由于在刮板冷凝器中凝結的物料塊過大,當最終被刮下來時無法從液相排出管線順利排出而堵塞在出口上。

改進措施：在大刮板后面焊接1條加強筋,提高大刮板強度。這樣在刮剝過程中,大刮板不會產生變形,間隙不會變大,保證刮剝下來的物料不會堆積成強度和體積都過大的物料塊。

2.1.2 刮板電機聯(lián)軸節(jié)銷子折斷

當刮板冷凝器中凝結的物料塊過大時，刮板電機的電流也隨之增大，電機負荷過高，由于刮板系統(tǒng)采用的是聯(lián)軸節(jié)銷子自斷保護系統(tǒng)，銷子會被折斷，導致電機空轉，造成刮板系統(tǒng)仍正常運行的假象，會使刮板冷凝器中的凝結物越來越多，進而影響真空系統(tǒng)。

改進措施：根據刮板電機電流曲線圖，設定電流報警值，并手動盤泵，優(yōu)化工藝，加強巡檢，設立特護監(jiān)控。

2.2 大氣腿堵塞

隨著裝置的長期運行，部分凝結物會沾附在大氣腿上，造成大氣腿內壁“變窄”，當生產負荷過大或凝結物物塊過大時，會造成大氣腿堵塞，凝液溢流不暢，進而影響真空系統(tǒng)。

改進措施：初期，我們采取用木錘定期敲擊大氣腿的辦法，起到了一定效果，但隨著運行周期的增長，效果逐漸不明顯，并且還會對大氣腿管線造成破壞。經過優(yōu)化，我們在停工檢修期間在大氣腿低部引入1根氮氣管線（圖3），定期對大氣腿氮氣吹掃，雖然此操作會對真空系統(tǒng)穩(wěn)定產生一定影響，但可以通過后續(xù)反應彌補，基本上解決了大氣腿堵塞的問題。

圖3 大氣腿改造工藝流程圖

2.3 離心泵前過濾器的堵塞和板式換熱器結垢

開工初期，液封槽內循環(huán)EG雜質比較少，離心泵運轉平穩(wěn)，換熱器運行周期長，換熱效果好，隨著裝置運行周期加長和負荷的提高，堵塞現(xiàn)象越來越嚴重，經過分析，發(fā)現(xiàn)有以下兩方面的原因：（1）泵前過濾器堵塞是由于分散的絲狀物或絮狀物未能被及時清理,且當操作人員處理液封槽內層與外層之間的過濾網時,所有易堵塞的絲狀物或絮狀物順流進入循環(huán)管道并積聚在管道的泵前過濾器,因此而產生堵塞。（2）生產實際還表明，在整個工藝流程中,對于循環(huán)回用EG中的懸浮物或乳狀物,除液封槽中用于過濾絲狀凝結物的粗過濾網和泵前的目數為10的過濾網外,根本沒有分離和清理EG中懸浮物或絮狀物的設施或過程，導致絮狀物在泵前過濾器和板式換熱器葉片上沉積。

改進措施：（1）在進行弧形濾網清渣作業(yè)時，預先用一方形濾網卡在液封槽內層，暫時取代弧形濾網，阻止液封槽內層的乳狀物進入外層，保證液封槽內層EG純凈。（2）在液封槽頂部引入新鮮EG，定期對液封槽內的回用EG進行置換，減少回用EG中雜質含量,提高EG純度。

2.4 EG噴淋系統(tǒng)輔助管線堵塞

液封槽內的回用EG雜質較多，在長時間的循環(huán)過程中，這些雜質和低分子物質會沉積在系統(tǒng)管線的管壁上，尤其是流量控制閥部分、回用EG收集槽17-T03的入口處等位置，其管徑為DN25的管線，時間長后會造成管線堵塞。此外管線的彎頭部分，如果管線內部焊接面不夠光滑，低分子物質就很容易在此沉積。

改進措施：以往的經驗處理方法是在裝置停工時對整個系統(tǒng)管線進行堿洗，效果很好。但在裝置運行期間發(fā)生堵塞就很難處理，對于流量控制閥部分和17-T03入口的堵塞可以拆法蘭進行疏通，但對于管線彎頭部分的堵塞，無法進行疏通，在裝置運行期間沒有較好的處理方法。為了保證EG能夠正常打入17-T03，現(xiàn)增加了由EG循環(huán)泵至17-T03的臨時管線，在板式換熱器的EG放空管線處接皮管將EG引入17-T03，調節(jié)手閥閥位即可控制流量，暫時解決了管線堵塞問題。在裝置停工檢修時對EG回流管線進行改造，可以更好的解決堵塞問題。中紡院設計的EG回流管線管徑為DN25，檢修時可將管徑改為DN40，對于管線彎頭，可以將1個90°彎頭改為2個45°彎頭，以降低局部阻力，增加EG的流動性，并且把主管線（DN150）與液封槽液位控制管線的接頭由鋼管改為軟連接，堵塞時可以將管線拆下，臨時接皮管代替，拆下的管線進行堿洗后重新投用，就能有效地解決管線堵塞問題。

3 結論

通過以上分析可以看出，噴淋系統(tǒng)最容易出現(xiàn)的問題就是堵塞問題，堵塞的根本原因是縮聚反應過程中的氣相物內含有低分子夾帶物，氣相物在被抽出和冷凝的過程中使真空系統(tǒng)變臟，堵塞設備和管線。針對這些原因，首先應盡量保持噴淋EG清潔，并及時清渣，其次對容易堵塞的部分管線、設備進行工藝改進，找準堵塞原因，有針對性地給予沖洗、疏通。