环管反应器轴流泵功率波动原因分析及对策

发布时间：2020-11-05 14:43所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次

摘要：在目前全世界的聚丙烯生产能力中，以Spheripol的本体法环管反应器聚合工艺技术建成的装置最多。该工艺的主要特点是采用环管式反应器，反应器循环泵(即轴流泵)使浆液在反应器中循环，具有反应器传热效果好，管内浆液流速高，单位容积生产能力强的优点，

　　摘要：在目前全世界的聚丙烯生产能力中，以Spheripol的本体法环管反应器聚合工艺技术建成的装置最多。该工艺的主要特点是采用环管式反应器，反应器循环泵(即轴流泵)使浆液在反应器中循环，具有反应器传热效果好，管内浆液流速高，单位容积生产能力强的优点，轴流泵的稳定运转对装置稳定运行至关重要。在日常生产中，常常出现轴流泵功率波动大的现象，结合反应器从设备结构和生产工艺等方面对原因进行分析并提出解决对策，减小轴流泵功率波动，确保装置稳定运行。

　　关键词：功率 机械 密度 丙烯

　　1 主要原因分析

　　1.1轴流泵发生机械故障

　　1.1.1叶轮发生松动。

　　如果运行过程中叶轮固定螺栓松动造成叶轮发生松动，叶轮出现偏斜，破坏原有设备平衡态，引起搅拌不均，振动大，造成功率波动，而一旦松动加剧叶轮脱落，循环终止，物料沉降将造成生产事故。

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　　1.1.2机械密封损坏。

　　轴流泵机械密封设置冲洗丙烯，如果在运行过程中冲洗丙烯中断，粉料有可能进入密封面，一旦进入轴套内会引起轴套和轴之间摩擦加剧，造成功率波动。如果机械密封动静环贴合面出现出现缺陷动环弹簧压紧力不足，动静环O环破损等故障使机械密封失效，粉料有可能密封内，造成功率波动。

　　1.1.3轴承磨损，基础螺栓松动。

　　轴承箱内润滑油位低造成润滑效果不好，或是油位过高产生热量大温度高，都有可能造成轴承故障，影响泵体运行;另外设备基础螺栓松动引起泵体振动大，也会引起功率波动。

　　211.1 生产工艺

　　丙烯、乙烯、氢气原料中含有部分轻组分杂质，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烯、乙炔等。随着反应时间的延长，这些轻组分如不及时排出，环管内会积存更多的轻组分气体，导致环管轴流泵功率波动。为除去这些不凝气和未参加反应的丙烷组分，通过控制冷凝器E301顶部排气阀的开度来排掉。

　　环管反应中，聚合反应温度和压力对反应影响比较大，正常反应温度70℃，反应压力为3.4MPa。如果温度或压力控制不当，环管中就会有气相产生，影响环管反应和轴流泵的正常运行。

　　环管反应器中聚合物的操作浓度仅受浆液循环所需量的能量限制。工业应验表明：反应温度下，反应器能在浆液密度560~565kg/m3(约含50%wt固体)以下操作良好。超过这个浓度，泵的吸收功率可能急剧上升，使操作不稳定，所以应该严格控制浆液的密度。

　　环管反应器进料中，丙烯量采用调节阀自动控制，丙烯进料量波动会很大。一个稳定的反应需要稳定的进料量和出料量，因此丙烯进料量波动较大，使反应波动大，可能会导致环管轴流泵功率波动较大。

　　在环管反应中，利用聚丙烯活性链的氢转移反应，工艺上通过向反应体系中加入氢气，来控制产品的分子量，反应体系中氢气浓度增加，聚丙烯产品的平均分子量降低，熔融指数升高。同时聚丙烯活性链的氢转移反应会使催化剂活性提高，随着丙烯中氢气浓度的增加，聚合反应会加剧。在正常反应过程中，氢浓度控制波动大，反应强度也会随之波动。另外，氢气量加入过大时，可能会有部分氢气在约3.4MPa反应压力下不能充分溶入到丙烯中，使得环管反应器中存在部分气相空间，导致轴流泵功率稍许波动。

　　检修期间注意对轴流泵的零部件的安装进行监督指导，避免安装质量不良的问题的出现;在生产中加强设备维护，加强润滑管理，减少工艺波动例如丙烯中断对设备的损坏。

　　为使整个环管反应器中的不凝气含量减少，对能排放轻组分的T301系统工艺进行调整。丙烯中丙烷含量相对较高，由于丙烷不参与反应，随着生产时间的延长浓度会越来越高，如不及时排出会影响原料丙烯的纯度，开大E301顶部排放阀排掉轻组分。

　　环管反应器的反应条件根据SEI设计正常为70℃、3.4MPa。据文献资料报道，反应温度在65℃～70℃时，聚合物等规度随着反应温度的升高而提高，但当温度在70℃～75℃时，聚合物等规度反而随着反应温度的升高而有所降低。另外，反应温度的提高，聚合反应能力急剧上升，当温度高于73℃时，反应剧烈不易控制，容易造成环管暴聚。综合考虑以上因素，反应温度仍维持70℃，反应压力由原来的3.4MPa提高到约3.56MPa，在反应压力提高的条件下，氢气可尽可能的完全溶入到液相丙烯中，其它较轻组分也能被压缩成液态，减少气相空间。

　　2.4环管中淤浆密度

　　根据实际情况发现，环管淤浆密度控制大小和轴流泵功率波动关系很大，密度控制越高，轴流泵功率波动越大，因为反应淤浆密度控制高，单位催化剂利用率高，丙烯循环速率相对慢，轻组分不能尽快的排出装置;密度高，泵的运载能力也相应提高，使得泵功率不易达到稳定状态。因此，为降低轴流泵功率波动范围，淤浆密度一般控制在520kg/ m3~540 kg/m3。

　　针对聚丙烯工艺过程的特点，大部分的控制回路采用PID控制算法。一环丙烯进料量中FIC203是自动控制的，由于原来的PID参数设定不合理，致使FIC203的量上下波动达到1000kg，波动范围太大，为此，根据实际情况对其PID参数进行调整，调整后的FIC203的流量波动约300kg，极大地稳定了环管进料量，进而稳定反应，也稳定了环管反应器后续系统。

　　2.6 氢气量的调节

　　氢气作为分子量调节剂，用来控制产品的MFR。在改牌号过程中，加入氢气不要太快，因为加入太快，没有充分反应的氢气随着液相流动在反应器顶部产生气穴，造成轴流泵功率波动。

　　3结论

　　为防止轴流泵功率波动大，采取以下措施是切实可行的。

　　(1)加强设备日常维护;

　　(2)密切注意原料质量检测结果，尽可能早、快地排出原料中轻组分和丙烷;

　　(3)环管反应器压力适当提高;

　　(4)环管浆液密度升降平稳缓慢，正常生产中密度大小保持稳定;

　　(5)稳定装置生产负荷，稳定丙烯、氢气、催化剂进料量。

　　参考文献：

　　洪定一 聚丙烯---原理、工艺与技术[M].北京:中国石化出版社,2002.21-45.

　　荚亮;仓亚军;梁军Spheripol本体法丙烯聚合过程研究《化工设计》2007年第03期

　　作者：褚海宾

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