環(huán)管反應(yīng)器軸流泵功率波動原因分析及對策

宋立鵬 王興業(yè) 孫 灝

(中國石油撫順石化分公司乙烯化工廠聚丙烯車間)

環(huán)管反應(yīng)器軸流泵功率波動原因分析及對策

宋立鵬 王興業(yè) 孫 灝

(中國石油撫順石化分公司乙烯化工廠聚丙烯車間)

聚丙烯（PP）是重要的熱塑性材料之一，是重要的化工產(chǎn)品和化工原料。在目前全世界的聚丙烯生產(chǎn)能力中，以Spheripol的本體法環(huán)管反應(yīng)器聚合工藝技術(shù)建成的裝置最多。該工藝的主要特點是采用環(huán)管式反應(yīng)器，反應(yīng)器循環(huán)泵（即軸流泵）使?jié){液在反應(yīng)器中循環(huán)，具有反應(yīng)器傳熱效果好，管內(nèi)漿液流速高，單位容積生產(chǎn)能力強的優(yōu)點。實際生產(chǎn)中軸流泵功率時常發(fā)生波動，為此將根據(jù)生產(chǎn)中的操作經(jīng)驗對軸流泵功率波動產(chǎn)生的原因進行分析并做適當調(diào)整。

功率 密度 丙烯

1 主要原因分析

1.1 生產(chǎn)工藝

1.1.1 環(huán)管反應(yīng)器中不凝氣含量

丙烯、乙烯、氫氣原料中含有部分輕組分雜質(zhì)，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、乙炔等。隨著反應(yīng)時間的延長，這些輕組分如不及時排出，環(huán)管內(nèi)會積存更多的輕組分氣體，導致環(huán)管軸流泵功率波動。為除去這些不凝氣和未參加反應(yīng)的丙烷組分，通過控制冷凝器E301頂部排氣閥的開度來排掉。

1.1.2 反應(yīng)條件

環(huán)管反應(yīng)中，聚合反應(yīng)溫度和壓力對反應(yīng)影響比較大，正常反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)壓力為3.4MPa。如果溫度或壓力控制不當，環(huán)管中就會有氣相產(chǎn)生，影響環(huán)管反應(yīng)和軸流泵的正常運行。

1.1.3 環(huán)管中淤漿密度

環(huán)管反應(yīng)器中聚合物的操作濃度僅受漿液循環(huán)所需量的能量限制。工業(yè)應(yīng)驗表明：反應(yīng)溫度下，反應(yīng)器能在漿液密度560～565kg/m3（約含50%wt固體）以下操作良好。超過這個濃度，泵的吸收功率可能急劇上升，使操作不穩(wěn)定，所以應(yīng)該嚴格控制漿液的密度。

1.1.4 丙烯進料

環(huán)管反應(yīng)器進料中，丙烯量采用調(diào)節(jié)閥自動控制，丙烯進料量波動會很大。一個穩(wěn)定的反應(yīng)需要穩(wěn)定的進料量和出料量，因此丙烯進料量波動較大，使反應(yīng)波動大，可能會導致環(huán)管軸流泵功率波動較大。

1.1.5 氫氣進料

在環(huán)管反應(yīng)中，利用聚丙烯活性鏈的氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，工藝上通過向反應(yīng)體系中加入氫氣，來控制產(chǎn)品的分子量，反應(yīng)體系中氫氣濃度增加，聚丙烯產(chǎn)品的平均分子量降低，熔融指數(shù)升高。同時聚丙烯活性鏈的氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)會使催化劑活性提高，隨著丙烯中氫氣濃度的增加，聚合反應(yīng)會加劇。在正常反應(yīng)過程中，氫濃度控制波動大，反應(yīng)強度也會隨之波動。另外，氫氣量加入過大時，可能會有部分氫氣在約3.4MPa反應(yīng)壓力下不能充分溶入到丙烯中，使得環(huán)管反應(yīng)器中存在部分氣相空間，導致軸流泵功率稍許波動。

1.2 設(shè)備

由于各種原因造成聚丙烯裝置多次停工，在環(huán)管反應(yīng)器稀釋的過程中可能有小塊料生成，卡在運行葉輪上而造成軸流泵功率波動。

2 解決對策

2.1 T301系統(tǒng)工藝調(diào)整

為使整個環(huán)管反應(yīng)器中的不凝氣含量減少，對能排放輕組分的T301系統(tǒng)工藝進行調(diào)整。丙烯中丙烷含量相對較高，由于丙烷不參與反應(yīng)，隨著生產(chǎn)時間的延長濃度會越來越高，如不及時排出會影響原料丙烯的純度，開大E301頂部排放閥排掉輕組分。

2.2反應(yīng)條件的改變

環(huán)管反應(yīng)器的反應(yīng)條件根據(jù)SEI設(shè)計正常為70℃、3.4MPa。據(jù)文獻資料報道，反應(yīng)溫度在65℃～70℃時，聚合物等規(guī)度隨著反應(yīng)溫度的升高而提高，但當溫度在70℃～75℃時，聚合物等規(guī)度反而隨著反應(yīng)溫度的升高而有所降低。另外，反應(yīng)溫度的提高，聚合反應(yīng)能力急劇上升，當溫度高于73℃時，反應(yīng)劇烈不易控制，容易造成環(huán)管暴聚。綜合考慮以上因素，反應(yīng)溫度仍維持70℃，反應(yīng)壓力由原來的3.4MPa提高到約3.56MPa，在反應(yīng)壓力提高的條件下，氫氣可盡可能的完全溶入到液相丙烯中，其它較輕組分也能被壓縮成液態(tài)，減少氣相空間。

2.3環(huán)管中淤漿密度

根據(jù)實際情況發(fā)現(xiàn)，環(huán)管淤漿密度控制大小和軸流泵功率波動關(guān)系很大，密度控制越高，軸流泵功率波動越大，因為反應(yīng)淤漿密度控制高，單位催化劑利用率高，丙烯循環(huán)速率相對慢，輕組分不能盡快的排出裝置；密度高，泵的運載能力也相應(yīng)提高，使得泵功率不易達到穩(wěn)定狀態(tài)。因此，為降低軸流泵功率波動范圍，淤漿密度一般控制在520kg/ m3～540 kg/m3。

2.4 穩(wěn)定丙烯進料

針對聚丙烯工藝過程的特點，大部分的控制回路采用PID控制算法。一環(huán)丙烯進料量中FIC203是自動控制的，由于原來的PID參數(shù)設(shè)定不合理，致使FIC203的量上下波動達到1000kg，波動范圍太大，為此，根據(jù)實際情況對其PID參數(shù)進行調(diào)整，調(diào)整后的FIC203的流量波動約300kg，極大地穩(wěn)定了環(huán)管進料量，進而穩(wěn)定反應(yīng)，也穩(wěn)定了環(huán)管反應(yīng)器后續(xù)系統(tǒng)。

2.5 氫氣量的調(diào)節(jié)

氫氣作為分子量調(diào)節(jié)劑，用來控制產(chǎn)品的MFR。在改牌號過程中，加入氫氣不要太快，因為加入太快，沒有充分反應(yīng)的氫氣隨著液相流動在反應(yīng)器頂部產(chǎn)生氣穴，造成軸流泵功率波動。

3 結(jié)論

為防止軸流泵功率波動大，采取以下措施是切實可行的。

（1）密切注意原料質(zhì)量檢測結(jié)果，盡可能早、快地排出原料中輕組分和丙烷；

（2）環(huán)管反應(yīng)器壓力適當提高；

（3）環(huán)管漿液密度升降平穩(wěn)緩慢，正常生產(chǎn)中密度大小保持穩(wěn)定；

（4）穩(wěn)定裝置生產(chǎn)負荷，穩(wěn)定丙烯、氫氣、催化劑進料量。

[1]聚丙烯原理、工藝與技術(shù) 洪定一

[2]撫順石化聚丙烯裝置操作法

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1007-6344（2015）03-0286-01