高壓聚乙烯裝置反應器壓力波動的原因分析及對策

馮勇（中國石化股份有限公司齊魯分公司塑料廠 山東 淄博 255411）

齊魯高壓聚乙烯裝置為齊魯45萬噸乙烯改擴建工程主要配套項目，采用無脈沖管式法生產工藝，反應壓力高，聯鎖多，生產連續性強，操作難度相對較大。隨著裝置運行時間的延長，許多制約裝置長周期運行和影響產品質量的問題逐漸顯現出來，其中反應器壓力波動問題已經成為影響裝置長周期運行的瓶頸之一。

一、高壓聚乙烯裝置反應器壓力波動的危害

采用的是無脈沖管式工藝，要求壓力高（250MPa±1MPa），壓力控制要平穩。反應壓力波動主要危害：

1.反應器壓力波動影響產品質量。反應壓力的變化都會引起產品分子量、密度以及其他物理性能的變化，反應壓力升高，產品分子量增加，熔融指數降低，密度升高，反之亦然，會造成最終產品指數不穩定。

2.反應器壓力波動會造成反應溫度的波動。壓力上升時，反應器內乙烯單體濃度迅速增加，轉化率升高，造成反應溫度也會突然上升，嚴重時會發生分解反應；當反應器壓力突然降低時，反應溫度也會降低，造成低溫聯鎖停車

3.反應器壓力波動對設備造成危害。壓力波動時會沖擊設備，特別對二次機、反應器造成損害，同時壓力的突然增大對會反應器上的熱電偶造成沖擊，嚴重時會引起熱電偶透鏡環處泄漏閃爆。

二、造成反應器壓力波動的因素分析

1.反應器壓力引壓管堵塞造成反應器壓力波動

引壓管堵塞是造成反應器壓力波動的主要原因。高壓乙烯會在引壓管線內自聚，形成超大分子聚合物，會堵塞引壓管線。此時不能測量出反應器內真實壓力，測量值會比實際值滯后。如圖，在0-10這段時間，由二次機出口壓力和第一注入點的壓力可看出，反應器真實壓力在逐漸升高，而反應器壓力測量值卻顯示不變，當反應器壓力增大到一定值時，引壓管突然被吹通，反應器壓力立即反應為真實壓力，壓力突然升高，此時由于反應器出料閥投自動，壓力出現了大幅波動。

2.二次壓縮機打氣量的變化會引起反應器壓力波動

由于二次機出口乙烯氣體全部給反應器，二次機打氣量發生變化，將引起反應器內乙烯氣體量的變化，將直接導致反應壓力的變化，會引起二次機出入口、反應器、高循系統壓力的惡性循環，最終導致反應器壓力過高，聯鎖停車。造成二次機打氣量變化的主要原因是二次機入口溫度和壓力的變化。

3.反應器內物料流動狀況對反應壓力的影響

根據流體動力學壓降公式：ΔP=λ*ι*ρ*u2/2d，流體在流動過程中因克服內摩擦而消耗能量，當流體粘度增大，流動阻力會增加，壓降也將增大，反之粘度減小，壓降也降減小；同時流動摩擦因數λ改變也會影響壓降ΔP的變化。在本裝置流體粘度主要受物料熔融指數影響，而摩擦因數與反應器粘壁狀況有關。實際生產中因物料流動情況改變而引起反應壓力變化的有幾種情況：1、反應器在脫垢造成反應器壓力波動；2、反應水溫度過高或過低導致對壓力均有影響；3、產品熔融指數的改變，造成反應器壓力波動。

4.設備故障對反應壓力的影響

因設備原因造成反應器壓力波動主要有兩種情況：一是反應器出料閥發生故障。因反應器出料閥直接控制反應壓力，它發生故障直接會導致反應壓力大幅度波動。二是二次機發生故障會引起打氣量發生變化，也影響到反應壓力波動。

三、降低或避免反應器壓力波動的對策

1.及時判斷反應器壓力引壓管堵塞并有效處理

當反應器壓力引壓管線出現堵塞時，反應壓力測量值已經不能真實反映反應器的真實壓力，測量值較實際值滯后。此時可根據引發劑第一注入點壓力和二次機出口壓力作為參照來控制反應壓力。此時要將反應器壓力PCE101由自動控制切換為手動控制，根據第一注入點壓力或二次機出口壓力來判斷反應器真實壓力，并以此調節PCE101輸出值。

2.在線吹掃反應器壓力引壓管線

定期對反應器引壓管進行吹掃，利用反應器引壓管停車吹掃設施，制定開車過程中在線對反應器引壓管吹掃方案。吹掃時將反應器壓力控制切手動控制，并將反應器壓力聯鎖強制，以避免在吹掃過程中因反應器壓力指示變化，造成控制閥門變化影響反應器實際壓力波動，同時避免反應器壓力指示變化造成反應器壓力高壓或低壓聯鎖停車。

3.穩定控制二次機入口溫度

進行高循脫垢換熱器并聯前，先將高循換熱器的冷卻水閥開度降低，從保證二次機入口溫度TIB102控制在37℃～43℃之間，以保證二次機打氣量穩定。若二次機入口溫度已出現大幅波動時，要將反應器壓力PCE101切換到手動，穩定反應壓力，待二次機入口溫度趨于穩定時，再將PCE101投自動。

4.規范反應器脫垢和反應水穩定操作。

在給反應器脫垢時，反應器壁結垢會逐漸沖刷掉，物料流動阻力減小，此時應及時調整PCE101輸出值，將其關小，以免發生壓力過低而觸發聯鎖。反應水溫過低，會導致管內聚乙烯粘度增大，流動阻力會上升，引起反應器壓力上升，對于不同MI的產品允許最低反應水溫度；MI＞1時允許最低水溫140℃；MI≤1時允許最低水溫150℃。

四、結論

1.反應器壓力波動是制約高壓聚乙烯裝置長周期穩定運行重要因素之一，反應器壓力控制不穩定會影響產品質量，導致超壓或高溫停車，嚴重時會引發重大安全事故。

2.造成反應器壓力波動因素很多，主要有反應器引壓管堵塞、壓縮機打氣量變化、反應器粘壁以及設備故障等因素。

3.解決反應器壓力波動要通過實施監控，在反應器壓力大幅波動前能夠發現并妥善處理。可通過定期吹掃反應器引壓管、穩定控制二次機入口溫度和壓力、規范反應器脫垢操作以及做好切換牌號和設備故障時的應急操作，避免或降低反應器壓力的波動。

[1]《化工原理》徐文熙

[2]《高分子化學》祖仁