熔體儀表在聚碳酸酯項目中的應用

鄭 瑜

（上海緯縱化工工程咨詢有限公司，上海 201906）

0 引言

聚碳酸酯也叫（Polycarbonate）常用縮寫PC，是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯耐弱酸、耐弱堿、耐中性油，不耐紫外光，無色透明、耐熱、抗沖擊，阻燃BI級。PC是幾乎無色的玻璃態的無定形聚合物，有很好的光學性。PC高分子量樹脂有很高的韌性，有較好的耐水解性，但不能用于重復經受高壓蒸汽的制品。主要性能缺陷是耐水解穩定性不夠高，對缺口敏感，耐有機化學品性，耐刮痕性較差，長期暴露于紫外線中會發黃，和其他樹脂一樣，容易受某些有機溶劑的浸濁[1]。

根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型[1]。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲得了工業化生產。由于聚碳酸酯結構上的特殊性，現已成為5大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料[2]，給日常生活、研究帶來很大用處，不管是在吃、住、看病等發面，還是在一些新的材料的研發，都是不可缺的。

根據用途，聚碳酸酯可分為防靜電PC，導電PC，加纖防火PC，抗紫外線耐候PC，食品級PC，抗化學性PC[1]。

根據合成工藝，主要有溶液光氣法、酯交換熔融縮聚法、界面縮聚光氣法、非光氣酯交換熔融縮聚法4種：1）酯交換法：以苯酚為原料，經界面光氣化反應制備碳酸二苯酯。碳酸二苯酯再在催化劑、添加劑等存在下與雙酚A進行酯交換反應得到低聚物，進一步縮聚得到PC產品；2）溶液光氣法：將光氣引入含雙酚A和酸接受劑的二氯甲烷溶劑中反應，然后將聚合物從溶液中分出；3）界面光氣法：先由雙酚A與50%氫氧化鈉溶液反應生成雙酚A鈉鹽，送入光氣化反應釜，以二氯甲烷為溶劑，通入光氣，使其在界面上與雙酚A鈉鹽反應生成低分子聚碳酸酯，然后縮聚為高分子聚碳酸酯。反應在常壓下進行，一般采用三乙胺作催化劑。縮聚反應后分離的物料、離心母液、二氯甲烷及鹽酸等均需回收利用；4）非光氣熔融法：非光氣法工藝于1993年研究成功，并由GE塑料公司率先實現工業化生產。首先，以甲醇羰基化法或碳酸乙烯酯（或碳酸丙烯酯）與甲醇酯交換生產碳酸二甲酯（DMC）；再與醋酸苯酯交換生成碳酸二苯酯（DP），然后在熔融狀態下與雙酚A進行酯交換、縮聚制得PC產品[3]。

非光氣法生產聚碳酸酯過程中，在聚合物反應過程有因物料高溫、高粘度，一般性的儀表無法使用，所以需要采用熔體儀表，并對非光氣法生產聚碳酸酯過程中采用的熔體儀表做了介紹和特性分析，包括熔體溫度儀表、熔體壓力儀表、熔體閥門儀表、分析儀表。

1 溫度儀表

高溫熔體溫度傳感器是特別為聚合物設計的，主要應用于橡膠、塑料和化纖等聚合行業。通過其測溫部分直接與高溫、高壓熔體接觸來測量熔體溫度。因此，傳感器具有耐高壓的高強度結構特性。

高溫熔體溫度傳感器是全密封結構，帶1/2-20UNF-2A螺紋，適合于安裝在標準傳感器安裝孔中，探頭形式可選擇船型或平頭。船型式熱電偶或熱電阻是獨特的船型設計，可以有效減少在熔體中的摩擦，提升產品測量精度。可在100MPA的熔體壓力下正常工作。可選擇熱電偶（J,L,K）和熱電阻（單支三線PT100，雙支三線PT100），測量范圍為（0～350）℃。溫度傳感器部分防護等級可達到IP65，可選擇在ATEX區域應用。常規采用316/316L不銹鋼材質。

熔體溫度傳感器的尺寸見圖1。

高溫熔體溫度傳感器安裝不同于一般的溫度傳感器，需要隨溫度傳感器配置專用的安裝底座，管道上需要根據安裝底座的尺寸預留安裝孔。

2 壓力儀表

圖1 熔體溫度傳感器尺寸圖Fig.1 Melt temperature Sensor size diagram

高溫熔體壓力傳感器的工作原理是介質的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這個壓力的標準信號。

高溫熔體壓力變送器，是用于危險區域的智能的帶4mA～20mA，帶Hart協議的壓力變送器，輸出直接與DCS或PLC連接。精度：±0.25%。高溫熔體壓力變送器是全密封結構，帶1/2-20UNF-2A螺紋，適合于安裝在標準傳感器安裝孔中。任選的熱電偶或熱電阻可測量溫度，具有防爆認證適用于1級，I分級，Groups A，B，C & D級。帶防爆認證的型號只能提供導線式連接（不能選6針接頭方式）。符合ATEX/本質安全認證 II 1 G 100a Eex ia IIC，0區和 1區。這種ATEX/本質安全型號即可提供導線式連接也可提供密封的6針接頭方式連接，帶專用電纜5m。熔體壓力變送器尺寸圖見圖2。

高溫熔體壓力變送器安裝不同于一般的壓力變送器，需要隨高溫熔體壓力變送器配置專用的安裝底座，管道上需要根據安裝底座的尺寸預留安裝孔。

傳感器的膜片是最容易損壞的部位，在安裝之前請不要隨意脫落其保護帽，同時在安裝同時要注意保護傳感器的膜片。安裝孔的加工要根據安裝孔尺寸圖及尺寸表的技術要求加工，避免因安裝孔不標準引起的膜片擦傷影響傳感器正常工作。只有當聚合物成灼熱的熔融狀態下才能拆下傳感器，拆下后立即用軟布將傳感器探頭膜片擦凈。

因為聚合物高粘度的關系，需要配專用的清理工具，1/2-20UNF-2A清理工具，還需要配置1/2堵頭。

3 閥門儀表

3.1 Y型夾套熔體調節閥

技術要求：

1）閥芯、閥座：SS316L。

2）閥體：SS316L。

3）執行機構：氣動薄膜式。

圖2 熔體壓力變送器尺寸圖Fig.2 Melt pressure transmitter dimension diagram

4）拋光：閥門內表面處理Ra=0.8μm。

5）閥門與管道連接的法蘭（外管）需帶頸對焊法蘭。

3.2 全夾套60°控制角閥

技術要求：

1）閥芯、閥座：SS316L。

2）閥體：SS316L。

3）執行機構：氣動薄膜式。

4）拋光：閥門內表面處理Ra=0.8μm。

5）閥門與管道連接的法蘭（外管）需帶頸對焊法蘭。

6）密封形式：波紋管或真空支架。

3.3 電動注入閥

技術要求：

1）閥芯、閥座：SS316L+STL。

2）閥體：A351 CF3M。

3）執行機構：220VAC電動開關型。

4）拋光：Ra 12.5 max。

5）催化劑注入口：電動/手動操作；45°插入，與閥門本體物料順流方向，不要對沖。

6）廠家提供開控制信號、關控制信號、開狀態信號、關狀態信號、遠程/就地控制信號，并接入DCS系統。

3.4 電動三通閥

技術要求：“Y”type全夾套三通閥。

1）閥芯、閥座：SS321。

2）閥體：SS321。

3）執行機構：380VAC電動開關型。

4）拋光：Ra 1 max。

5）出口：2個聚合物出口，電動/手動操作；出口角度為45°。

6）廠家提供開控制信號、關控制信號、開狀態信號、關狀態信號、遠程/就地控制信號，并接入DCS系統。

4 分析儀表

圖3 裝在一個彎形管道中的TOV粘度計圖Fig.3 TOV viscometer diagram in a curved pipe

粘度控制裝置——扭轉式振動粘度計，用途：在線檢測PC熔體的粘度，包括TOV探頭和TOV轉換器。探頭包含粘度探頭和溫度探頭，RTD傳感器（雙高精度白金撓阻RTD傳感器2根/套）。轉換器安裝在控制室，用戶提供220VAC-60/50HZ的電源，在轉換器內裝好變壓器，把用戶220V-50/60Hz變壓為110V-50/60Hz。轉換器4mA～20mA隔離信號輸出：1）補償特性粘度；2）非補償特性粘度；3）補償溫度；4）非補償溫度。壓力補償，需要用戶自裝“熔體壓力變送器”，取壓力傳感訊號4mA～20mA至TOV轉換器，用于壓力補償。

TOV探頭的安裝方式有：“T”形安裝法（即安裝在直管上），“L”形安裝法（即安裝在彎頭上）。“L”形安裝法，管道需根據廠家的三通制造圖，預制好三通，便于探頭安裝。要嚴格按圖紙上精度制造三通，對安裝探頭的孔經尺寸偏差，建議采用孔經尺寸的正偏差。焊接時要先裝上盲板，以防加熱變形。三通焊接時，注意方向即探頭迎著熔體方向，TOV探頭一定是水平安裝。為便于安裝探頭，在三通安裝前方要有0.8m的安裝空間。靜態混合器采用1個4～6單元。混合器裝在探頭前，裝在一個彎形管道中的TOV粘度計見圖3。

因為TOV探頭傳至轉換器的信號，是毫伏級電信號，所以探頭與轉換器之間的電纜是：電纜規格為Beldem#8770號線，3芯1層屏蔽的標準18#線，由廠家提供。每臺TOV有3根3芯屏蔽電纜從探頭接線盒一直接到轉換器端子上，中間不能有接頭，3根電纜要分3根管單獨穿管，最好是一根電纜穿一根管徑20mm的管，電纜長度在30m以上者，請一定分3根管。如電纜長度小于30m者，3根電纜可以合穿一根管，但希望管道內經要大于30mm。管與管之間用管件連接密封好（不要用塑料軟管連接）。

放轉換器的機柜單獨設柜，機柜不要靠近其他機柜。TOV機柜與地板鋼架應絕緣，機柜與鋼架之間要墊一塊絕緣板，機柜和鋼架之間用塑料螺栓固定。TOV系統要單獨接地，接地電阻≤1Ω，無強電干擾信號。

5 結束語

應該從工藝選擇、設計、選型、采購、施工、運行及維護等環節高度重視聚碳酸酯項目的熔體儀表，發揮好儀表的作用，保證聚碳酸酯項目安全生產、長周期穩定運行。