高密度聚乙烯裝置淤漿處理系統(tǒng)堵塞原因及優(yōu)化措施 張梁

高密度聚乙烯裝置淤漿處理系統(tǒng)堵塞原因及優(yōu)化措施張梁摘要：某地區(qū)企業(yè)高密度聚乙烯（HDPE）裝置采用比利時Ineos公司的INNOVENES雙環(huán)管淤漿工藝，于2009年12月投產(chǎn)。設計生產(chǎn)能力為300kt/a,操作壓力4.0MPa，操作溫度85~103°C，可生產(chǎn)密度為936~963kg/m3的HDPE產(chǎn)品。該裝置出料系統(tǒng)多次不同程度地發(fā)生黏壁、堵塞現(xiàn)象，特別是采用不同類型催化劑轉產(chǎn)期間。本工作通過分析淤漿處理系統(tǒng)堵塞原因及生產(chǎn)工藝參數(shù)，提出了淤漿處理系統(tǒng)工藝優(yōu)化措施，以延長裝置運行周期。關鍵詞：高密度聚乙烯；旋液分離器；淤漿加熱器；堵塞引言：文章主要針對某地區(qū)企業(yè)高密度聚乙烯裝置淤漿處理系統(tǒng)發(fā)生堵塞事故進行回顧，通過實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，旋液分離器發(fā)生堵塞時，旋液分離器頂部淤漿密度升高，淤漿泵電流、轉速及出口溫度升高，反應器所需異丁烷及淤漿加熱器所需蒸汽增加。通過分析堵塞原因，并結合淤漿處理系統(tǒng)的工作原理，對旋液分離器操作條件，反應器操作條件，特殊操作及沖洗量等方面進行了工藝優(yōu)化。優(yōu)化后，淤漿處理系統(tǒng)能實現(xiàn)長周期平穩(wěn)運行。淤漿處理系統(tǒng)環(huán)管反應器中生成的聚乙烯顆粒以漿料形式存在于溶劑異丁烷中，與少量單體、氫氣及催化劑從反應器排出后，以切線方向高速進入旋液分離器，粉料及高濃度的異丁烷受離心力作用甩向器壁，向下螺旋運動逐步濃縮，其余異丁烷夾帶單體、氫氣、催化劑及少量聚合物粉料在頂部淤漿泵的作用下，在旋液分離器中心向上流動，從而達到分離目的。反應器出口及旋液分離器底部都有無固相的溶劑異丁烷進行沖洗，目的是清理管線，加速淤漿流動，同時也起到冷卻淤漿的作用，降低管線堵塞概率。旋液分離器是HDPE裝置的重要提濃設備，增加了異丁烷的循環(huán)利用率，有效地降低了下游設備的負荷。旋液分離器底部裝有特殊閥門（即壓力控制閥），通過其開度來控制反應器壓力。從旋液分離器底部出來的較高濃度的淤漿通過淤漿加熱器進行加熱，使出口的淤漿溫度達到高壓閃蒸罐內(nèi)氣相露點以上15C，以確保淤漿進入高壓閃蒸罐后90%以上的液相溶劑被閃蒸氣化，從而分離出固相粉料。淤漿加熱器為套管加熱器，淤漿在套管最里層流動，低壓蒸汽通過降溫減壓得到超低壓蒸汽，由上到下通過管道夾套給淤漿加熱。典型事故案例2016年7月4日，在維護高壓閃蒸罐的料位計時，觸發(fā)高壓閃蒸罐滿罐保護連鎖，啟動了2個反應器的自動停車連鎖。20min后，淤漿加熱器入口壓力達到3.7MPa（正常生產(chǎn)時為1.2~1.5MPa），旋液分離器B頂部淤漿密度最高達到552.9kg/m3，頂部淤漿泵電流最高達到100.3A，將旋液分離器B切換至旋液分離器A。隨后淤漿加熱器B的入口壓力上漲至5.6MPa，打開旋液分離器B及淤漿加熱器，發(fā)現(xiàn)已完全堵死。原因分析自動程序觸發(fā)后，乙烯進料被瞬間切斷，反應器壓力迅速下降，導致淤漿進入旋液分離器的切向力極大降低，旋液分離器失去分離作用。與此同時，反應器壓力降低導致旋液分離器底部的壓力控制閥開度減小，造成了高濃度的淤漿在旋液分離器底部聚積，粉料粘連結塊。另一方面，反應器壓力降低，使旋液分離器頂部流量突然升高，造成頂部淤漿密度升高，加速堵塞。同樣，通過淤漿加熱器的淤漿流速降低，且由于壓力控制閥開度減小，進入淤漿加熱器的淤漿流量迅速降低導致淤漿加熱器的出口溫度最高達到97.4C，造成淤漿熔融，黏度增大。再加上旋液分離器生成的塊料被帶到淤漿加熱器，最終導致淤漿加熱器堵塞。淤漿處理系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象旋液分離器堵塞通常有兩種情況。第一種情況是塊料堵塞，塊料可能在反應器中產(chǎn)生，也可能在反應器出料管線及旋液分離器中產(chǎn)生，此時反應器壓力控制閥開度迅速增加，反應器壓力也呈上升趨勢；第二種情況是旋液分離器內(nèi)壁發(fā)生黏壁，并不斷積累聚合物，最終失去提濃作用，這種情況如果能盡早發(fā)現(xiàn)，不僅可以避免旋液分離器堵塞，甚至能避免裝置停工?？偨Y幾起典型的旋液分離器堵塞事故，通常主要現(xiàn)象有：旋液分離器頂部淤漿密度升高，甚至接近反應器內(nèi)淤漿密度；旋液分離器頂部淤漿泵電流及轉速增加；頂部淤漿泵出口淤漿溫度升高在相同負荷，控制相同內(nèi)固相（指反應器內(nèi)固含量）的情況下，反應器所需新鮮異丁烷進料增加；由于旋液分離器提濃作用減小，進入淤漿加熱器的漿料濃度降低，造成淤漿加熱器蒸汽閥門開度需要不斷開大。正常情況下，旋液分離器頂部密度為450.0~480.0kg/m3，淤漿泵電流為40.0~70.0A［1］。淤漿處理系統(tǒng)堵塞原因及工藝優(yōu)化旋液分離器的操作條件在低負荷或兩臺旋液分離器同時投用時，旋液分離器底部壓力控制閥開度較小，高濃度淤漿長時間在旋液分離器錐部聚積，很容易因靜電造成聚合物黏壁或粘連結塊。因此，在兩臺旋液分離器同時運行時，應使兩臺旋液分離器底部壓力控制閥開度接近。由于上游產(chǎn)能不足，裝置低負荷運行時間較長，調(diào)試壓力控制閥執(zhí)行器的機械關限位至全關位置，收到良好效果。旋液分離器頂部流量過高，會造成頂部淤漿中的固相含量較高甚至接近反應器的內(nèi)固相，聚合物不斷在旋液分離器頂部或淤漿泵入口聚積。同時，頂部流量過高，也容易造成旋液分離器底部漿料濃度過高。因此，在日常操作中，應適時根據(jù)反應負荷及淤漿加熱器負荷調(diào)整旋液分離器頂部回流量，使其維持在合理范圍。反應器的操作條件反應器能否穩(wěn)定運行，直接決定了淤漿處理系統(tǒng)的效率和使用周期。旋液分離器上游壓力或流量發(fā)生改變時，會造成旋液分離器內(nèi)部流場發(fā)生改變，分離效果急劇下降，且粉料在旋液分離器內(nèi)摩擦概率極大增加，造成粉料在旋液分離器及淤漿加熱器中粘連結塊。當反應器進料、壓力發(fā)生改變時，應及時調(diào)整；在終止反應時，應量化乙烯減少量與異丁烷增加量，避免反應壓力大幅波動。反應器溫度高于樹脂熔融溫度，會使樹脂熔融，分子鏈呈無規(guī)線團，分子鏈間易形成物理糾纏，淤漿黏度增大，造成反應器及淤漿處理系統(tǒng)堵塞；反應器溫度也不能過低，溫度過低會使進入淤漿處理系統(tǒng)的漿料黏度增大，也易造成堵塞，因此，反應器溫度的控制至關重要。HDPE裝置的反應器溫度通過環(huán)管夾套里的夾套冷卻水來控制。在技術改造中，將控制夾套水溫的閥門增加旁路閥可以通過控制器進行切換，正常運行時通過控制旁路閥控制反應器溫度［2］。由于旁路管線及閥門尺寸較小，夾套冷卻水的流量調(diào)節(jié)幅度小，反應器溫度控制更穩(wěn)定。反應器內(nèi)產(chǎn)生大量低聚物，這些低聚物比表面積大，容易吸附黏壁，而且在正常操作溫度下就可能熔融。使用鉻系催化劑生產(chǎn)時，由于鉻系催化劑誘導時間較長，部分催化劑隨漿料離開反應器進入淤漿處理系統(tǒng)時仍具有很高活性，繼續(xù)反應且無法撤熱，造成淤漿處理系統(tǒng)掛壁、堵塞。因此，要嚴格控制原料純度及催化劑的質(zhì)量，以減少低聚物的產(chǎn)生。在用鉻系催化劑生產(chǎn)時，盡可能提高內(nèi)固相及乙烯濃度，增加反應物停留時間，提高催化劑利用率。此外，聚合物分子鏈的支化程度越高，越容易發(fā)生黏壁；反應器內(nèi)產(chǎn)生塊料也將直接導致淤漿處理系統(tǒng)堵塞［3］。結論：文章主要圍繞某地區(qū)企業(yè)高密度聚乙烯裝置淤漿處理系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞問題的原因以及現(xiàn)象進行簡單分析，進而找出與之相關的處理策略，希望能給相關人士提供參考意見。參考文獻：［1］曲振輝.高