PVC裝置機械消泡器設計與安裝中的技術問題分析

朱忠強

（上海惠緣能源科技有限公司，上海201199）

隨著進口乙烯價格的降低以及乙烯原料來源的多元化，未來幾年，國內的乙烯法PVC 產能也將持續擴大，PVC 制備產能也會隨之擴大，在此基礎上相應的乙烯法PVC 擴產項目中的消泡難題也成為企業需要著重處理的難點之一。聚氯乙烯是重要的化工原料，英文名為PVC。該原料是世界廣泛應用的塑料基材，常用于石油化工、日用百貨、電纜管線、包裝材料、塑料制品、發泡材料、合成纖維等多元化的領域中。PVC 生產過程中因為對溫度、氣壓要求較高，所以在化工生產上需要壓力容器作為化學反應的容器。PVC 的生產原料在容器中反應會產生大量的氣體，這對于PVC 材料的合成是極為不利的，不僅影響反應進行效率，同時對化工生產的安全也會造成較大的威脅，在此背景下開展PVC 的機械消泡作業就顯得尤為重要。

1 消泡器工作原理與結構

本項目中的消泡指的是消除在PVC 工藝過程中所產生的泡沫。因為在加工生產上會涉及很多工藝流程，尤其這些工藝流程會因為化學反應釋放出氣體，進而產生泡沫。泡沫的存在是各類反應不可避免的產物，而有效地通過相關裝置對該類泡沫進行處理也是保障工藝進行的必要操作，這個過程非常重要。處理化工反應的泡沫方式有很多種，最有效和經濟的處理辦法可以通過物理或化學的方式進行。化學方式除沫就是通過化學試劑來降低泡沫的成型，而物理方式除沫主要是采取機械的方式實現泡沫中液體、固體和氣體的分離。本文所涉及到的消泡器就是利用泡沫分離器在有限的容器空間進行消泡作業，不會對下游的工藝過程產生影響，機械消泡機的應用可在消泡作業上保持很低的操作成本并且不用大量摻雜其他化學物質。

消泡是提升產量的重要基礎。消泡器在PVC 工藝中主要去除的是泡沫物和PVC 粉料混合物中的VCM氣體，通過流體導向原理將系統中的泡沫有序地從回收系統中加以分離，進而使整個系統在循環的泡沫處理上不再重復使用VCM，保證了原料的純潔度。反應過程中，外來液體分離的原因在于容器的能力不能有效地承受該類介質的持續分離，而使得發生聚合反應的四個聚合釜中均出現了空罐狀態。在該消泡工藝中，從罐一的出口一直連接到回收體系中，機械消泡器都能有效地提純到VCM氣體。消泡提純流程如圖1 所示。消泡器有兩種常見的結構，分別為皮帶傳動機械消泡器和直聯式機械消泡器，如下圖2所示。

圖1 VCM 消泡提純流程示意圖

圖2 不同結構機械消泡器

2 項目概況

隨著經濟全球化的推進，國內乙烯法PVC產能也在持續擴張，這里分為兩個主要原因，一方面是乙烯產能在持續增加且原料來源的多元化。另一方面是國際乙烯供給的寬松度使得進口乙烯價格降低，國內乙烯進口原料價格得以進一步降低。該項目就是針對在解決乙烯原料供應基礎上的后續加工產生的泡沫問題，有效地降低泡沫，對于提升生產效能是極為關鍵的。本文主要研究的是PVC裝置機械消泡器，通過該機械可以實現液氣的有效分離，保障化工生產安全高效進行。該機械裝置安裝在反應罐的頂部，通過高速旋轉的渦輪離心力實現泡沫的有效分離，分離結束時通過導氣管將原有的泡沫中固體、液體以及氣體進行有效分離，消泡器的作用就是將氣體單獨通過導出管的端口排出，固體和液體則是利用離心分離的原理使其重新返回原來的母液之中重新參與反應。

3 技術問題與解決方案

3.1 設備選型

設備選型要基于設備的功能性來評價，選擇合適型號的設備不僅可以有效滿足使用需求、提升效率，同時可以最大程度地降低設備的費用。消泡器的選型，首先要根據設備所處的環境進行預選，本項目中主要考慮使用地的氣候條件，如溫度、風速等，明確外界的基本環境狀態，確保當地歷年的外界溫度與風速滿足消泡外機的安裝要求。選型時還要注意純水的電導率以及各類化合物與金屬離子的含量，明確事前狀態對于整個系統在經過消泡作業后進行對照評價是非常重要的；除上述安裝條件外，需要考慮的內容還包括聚合循環水的給水與回水壓力和溫度屬性、供電條件等。設備的選型還要重點考察消泡效能，使用中往往出現消泡性能無法滿足實際工程需要。消泡機工作狀態中可能會因為溫度、重量、流量以及壓力不達標而使設備性能沒有充分地被展示出來。對于該類問題，要在設備選擇前將設備工作狀態與產品的特征進行對照，明確各類設計工作中的狀態參數，力求在使用中最大化設備工作效能。選型時根據設備對應的接口尺寸考察特征尺寸對接，明確諸如連接法蘭、快速轉換轉接頭、機械密封膠的尺寸與形式，保證設備選型的更換以及安裝調試的對接準確性。

3.2 振動問題

振動問題是消泡器運行過程中的一大隱患。尤其考慮到消泡器工作時，機械消泡電機在運動的轉臺下本身就會產生較大的共振頻率，在此狀態下也較容易因為工作頻率與機械設備的固有頻率相互接近而產生共振現象。振動問題的表現形式不僅會影響到整個消泡器的消泡效率，也會對整個系統的安全性產生較大的威脅。因此需要對消泡器進行結構或者特征的優化，使整個系統的振動問題可以得到緩解并進一步降低風險。關于振動問題的存在可以從多個方面進行改良，例如質量方面可通過增加機械部件配件的質量，使系統部件的固有頻率發生改變，這種狀況往往是因增加了固有頻率從而規避問題的出現；再者可通過優化機械內部的結構特征，進而改善部件的振動頻率特性，使機械系統內部的系統固有頻率發生改變，不與工作中的共振頻率重合，降低整個系統的振動，實現良好運行。本項目的安裝要求并不是垂直安裝在罐的頂部中心位置，而是傾斜在罐頂部側向安裝的，所以對避免振動的要求更高。以往的案例中就遇到了由于振動問題引起機械密封損壞，液力耦合器爆破的情況。

3.3 使用壽命

使用壽命問題實質是疲勞問題，機械運轉過程中，系統的良好運行是建立在各部件都正常運轉的前提下的。消泡時如果某一零件發生失效，就難免會使整個系統的工作出現偏差。零件失效往往會表現在材料斷裂、疲勞時效上來，零件斷裂所引發的使用壽命問題主要是由于零件結構使用上存在應力集中現象，使得在長期的消泡循環作業中出現應力疲勞，再結合材料所不具備良好的工程塑形而發生脆斷，使消泡作業難以持續進行。疲勞失效問題是指零件在循環使用的過程中會因為部件受到固有間隙力的作用，使部件在循環過程中出現破損，并且破損點會隨著設備的運行而破口不斷擴大，最終整個系統的壽命受到較大的影響，出現損壞，影響使用壽命。對于使用壽命問題，要在平時做好維護維修處理，保障設備的良好狀態，切實對系統的運行狀態加以實時記錄，對設備的易磨損件要定期保養與維護，確保全體部件的使用壽命可以滿足消泡的要求。

4 消泡器性能評價

對消泡器的性能評價，首先是罐體的物料和壓力描述，整個消泡過程中物料量是流量的變動參數，壓力是內部狀態的反應變化參數。實際工作中的流量也是從最大的含量逐步降低的，壓力最初是6bar，隨著消泡作業的進行而減小，甚至會出現負壓的狀況。對這種情況，該機械消泡器也會在不穩定的流量狀態下進行連續性的工作，隨著時間的延長，分離的氣體量也在不斷發生變化，相應的固體量也與之相適應的產生變化，這種持續變化的規律往往會使這類設備選型存在諸多的不確定性風險。對于消泡機的這種連續性參數變化，結合實際情況，可以采取正常最大值進行選型，通常在提升以往型號的基礎上進行參數選擇，從而達到多種工況下機械除泡沫的實際效果。消泡器的選擇與技術主要是結合法國KEM ONE 的專利技術來實現的，該技術在實踐中的壓力循環與進出口液氣分離同國內及國際上其他工藝技術相對比，存在著很大的泡沫處理方面的區別，導致這種設備非常特殊的應用，可為后續的PVC技術發展帶來一定的指導作用。采用該設備雖然一次投入會比較大，但是從長期來看對產能和產品質量的提高都有重要的意義。該設備對比行業同類產品有著運行平穩，故障率低的特點，可以有效確保整個PVC裝置的連續生產運行。從該設備運行效果來看，在連續運行的10 年時間里保持了穩定性和極低的故障率，得到了各方廣泛的認可。

結束語

本文就先進的PVC消泡技術展開分析，針對PVC 材料生產中的消泡機械進行論述，對該裝置在行業中的應用做分析，實踐證明相對于傳統PVC 生產工藝過程中采用的其他消除泡沫的方法而言，引進自法國的PVC技術帶來了新的工藝思路和方法，對提升PVC產品質量和產能都有著積極的意義。本文所述PVC消泡技術具有較高的經濟性，較低的故障性，可為未來PVC生產提供有力的借鑒。