鐘紡聚酯裝置噴淋系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行分析

張 濤

（洛陽(yáng)實(shí)華合纖有限責(zé)任公司，河南 洛陽(yáng) 471012）

洛陽(yáng)實(shí)華合纖公司聚酯裝置采用的是日本鐘紡五釜聚合工藝，裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500 t·d-1。自2005年投產(chǎn)以來(lái)，通過(guò)不斷的工藝優(yōu)化和技術(shù)改造，裝置產(chǎn)能、消耗、運(yùn)行周期等指標(biāo)在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上都有不同程度進(jìn)步，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，縮聚噴淋系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重，制約著裝置潛能的發(fā)揮?，F(xiàn)根據(jù)裝置實(shí)際情況，對(duì)影響噴淋系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素進(jìn)行分析并提出改進(jìn)措施。換熱器葉片上的結(jié)垢,以保證循環(huán)EG的換熱效果和流量;并且從每天EG噴淋流量的記錄結(jié)果可知EG流量有逐漸降低的趨勢(shì),每次流量偏低時(shí)都需調(diào)節(jié)閥門的開度來(lái)調(diào)節(jié)EG的噴淋流量，直接影響了真空系統(tǒng)真空度波動(dòng)和切片的等級(jí)。

1 噴淋系統(tǒng)介紹

裝置采用的日本鐘紡直接酯化、連續(xù)縮聚生產(chǎn)工藝，有2個(gè)酯化釜、3個(gè)縮聚釜。3臺(tái)縮聚反應(yīng)釜各配有1套EG噴淋系統(tǒng)。

1.1 噴淋系統(tǒng)簡(jiǎn)介

噴淋系統(tǒng)由刮板冷凝器、液封槽、循環(huán)泵、冷卻器及相關(guān)附件組成，工作原理為：縮聚釜中的乙二醇混合蒸氣經(jīng)氣相管線進(jìn)入刮板冷凝器后，經(jīng)刮板冷凝器頂部的乙二醇液噴淋，大部分氣相物冷凝，少部分被真空泵吸入真空系統(tǒng)，同時(shí)混合蒸氣中所夾帶的聚合單體、低聚物和其他低分子物質(zhì),被乙二醇液噴淋后經(jīng)刮板式攪拌器清除，隨凝液收集在液封槽，液封槽有內(nèi)外兩層，一部分低聚物沉積在液封槽內(nèi)層低部，另一部分隨凝液由內(nèi)層溢流到外層的過(guò)程中，沉積在液封槽頂部的弧形濾網(wǎng)內(nèi)，并定期清理。經(jīng)過(guò)濾的乙二醇通過(guò)循環(huán)泵和冷卻器循環(huán)使用。具體工藝流程如圖1所示。

隨著裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行和生產(chǎn)負(fù)荷的提高，我們發(fā)現(xiàn)低聚物沉積量越來(lái)越大，離心泵泵前過(guò)濾器堵塞也越來(lái)越頻繁，離心泵需頻繁切換,有時(shí)甚至幾個(gè)小時(shí)切換一次；換熱器也需經(jīng)常切換以便沖洗

圖1 真空噴淋系統(tǒng)工藝流程Fig1 Vaccum spary system technological process

1.2 低聚物成分分析

聚酯合成的主反應(yīng)有酯化反應(yīng)、縮聚反應(yīng),副反應(yīng)主要包括醚鍵(即二甘醇,簡(jiǎn)稱DEG)、環(huán)聚體的生成和聚酯高分子的降解。在終縮聚反應(yīng)釜進(jìn)行縮聚的單體BHET和低聚合度聚酯中,存在著未酯化的羧基。在縮聚過(guò)程中,除了BHET和低聚合度聚酯的端基β-羥乙酯基脫EG縮聚外,還有未酯化的殘余羧基和端基β-羥乙酯基脫水進(jìn)行的酯化反應(yīng)。由此可知,縮聚反應(yīng)中EG真空噴淋系統(tǒng)中主要的低聚物和小分子組分可能有:對(duì)苯二甲酸、苯甲酸、二甘醇、乙醛、各種醚和酯以及在高溫(250~286℃)和高真空階段形成的含有酯和醚鍵的環(huán)狀二聚體、三聚體和少量四聚體。

2 影響噴淋系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素及改進(jìn)措施

2.1 刮板冷凝器損壞

刮板冷凝器（圖2）的作用是把從最終反應(yīng)釜里抽出來(lái)的EG蒸氣進(jìn)行冷凝,以確保真空系統(tǒng)正常運(yùn)行。由于EG蒸氣在冷凝降溫過(guò)程中會(huì)把其中夾帶的低聚物析出,這些低聚物析出后附在刮板冷凝器內(nèi)壁上，經(jīng)刮板刮除后隨凝液進(jìn)入液封槽。在生產(chǎn)中出現(xiàn)過(guò)大刮板變形和刮板電機(jī)聯(lián)軸節(jié)銷子折斷的現(xiàn)象。

圖2 刮板冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.1 大刮板變形

由于氣相管線出口處堆積的物料粘度和硬度較高,大刮板在刮剝過(guò)程中產(chǎn)生微量變形,刮板變形導(dǎo)致間隙變大,間隙變大后堆積的物料體積和強(qiáng)度更大,導(dǎo)致刮板更大的變形,由此形成惡性循環(huán)。由于在刮板冷凝器中凝結(jié)的物料塊過(guò)大,當(dāng)最終被刮下來(lái)時(shí)無(wú)法從液相排出管線順利排出而堵塞在出口上。

改進(jìn)措施：在大刮板后面焊接1條加強(qiáng)筋,提高大刮板強(qiáng)度。這樣在刮剝過(guò)程中,大刮板不會(huì)產(chǎn)生變形,間隙不會(huì)變大,保證刮剝下來(lái)的物料不會(huì)堆積成強(qiáng)度和體積都過(guò)大的物料塊。

2.1.2 刮板電機(jī)聯(lián)軸節(jié)銷子折斷

當(dāng)刮板冷凝器中凝結(jié)的物料塊過(guò)大時(shí)，刮板電機(jī)的電流也隨之增大，電機(jī)負(fù)荷過(guò)高，由于刮板系統(tǒng)采用的是聯(lián)軸節(jié)銷子自斷保護(hù)系統(tǒng)，銷子會(huì)被折斷，導(dǎo)致電機(jī)空轉(zhuǎn)，造成刮板系統(tǒng)仍正常運(yùn)行的假象，會(huì)使刮板冷凝器中的凝結(jié)物越來(lái)越多，進(jìn)而影響真空系統(tǒng)。

改進(jìn)措施：根據(jù)刮板電機(jī)電流曲線圖，設(shè)定電流報(bào)警值，并手動(dòng)盤泵，優(yōu)化工藝，加強(qiáng)巡檢，設(shè)立特護(hù)監(jiān)控。

2.2 大氣腿堵塞

隨著裝置的長(zhǎng)期運(yùn)行，部分凝結(jié)物會(huì)沾附在大氣腿上，造成大氣腿內(nèi)壁“變窄”，當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷過(guò)大或凝結(jié)物物塊過(guò)大時(shí)，會(huì)造成大氣腿堵塞，凝液溢流不暢，進(jìn)而影響真空系統(tǒng)。

改進(jìn)措施：初期，我們采取用木錘定期敲擊大氣腿的辦法，起到了一定效果，但隨著運(yùn)行周期的增長(zhǎng)，效果逐漸不明顯，并且還會(huì)對(duì)大氣腿管線造成破壞。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，我們?cè)谕９z修期間在大氣腿低部引入1根氮?dú)夤芫€（圖3），定期對(duì)大氣腿氮?dú)獯祾?，雖然此操作會(huì)對(duì)真空系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響，但可以通過(guò)后續(xù)反應(yīng)彌補(bǔ)，基本上解決了大氣腿堵塞的問題。

圖3 大氣腿改造工藝流程圖

2.3 離心泵前過(guò)濾器的堵塞和板式換熱器結(jié)垢

開工初期，液封槽內(nèi)循環(huán)EG雜質(zhì)比較少，離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，換熱器運(yùn)行周期長(zhǎng)，換熱效果好，隨著裝置運(yùn)行周期加長(zhǎng)和負(fù)荷的提高，堵塞現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)有以下兩方面的原因：（1）泵前過(guò)濾器堵塞是由于分散的絲狀物或絮狀物未能被及時(shí)清理,且當(dāng)操作人員處理液封槽內(nèi)層與外層之間的過(guò)濾網(wǎng)時(shí),所有易堵塞的絲狀物或絮狀物順流進(jìn)入循環(huán)管道并積聚在管道的泵前過(guò)濾器,因此而產(chǎn)生堵塞。（2）生產(chǎn)實(shí)際還表明，在整個(gè)工藝流程中,對(duì)于循環(huán)回用EG中的懸浮物或乳狀物,除液封槽中用于過(guò)濾絲狀凝結(jié)物的粗過(guò)濾網(wǎng)和泵前的目數(shù)為10的過(guò)濾網(wǎng)外,根本沒有分離和清理EG中懸浮物或絮狀物的設(shè)施或過(guò)程，導(dǎo)致絮狀物在泵前過(guò)濾器和板式換熱器葉片上沉積。

改進(jìn)措施：（1）在進(jìn)行弧形濾網(wǎng)清渣作業(yè)時(shí)，預(yù)先用一方形濾網(wǎng)卡在液封槽內(nèi)層，暫時(shí)取代弧形濾網(wǎng)，阻止液封槽內(nèi)層的乳狀物進(jìn)入外層，保證液封槽內(nèi)層EG純凈。（2）在液封槽頂部引入新鮮EG，定期對(duì)液封槽內(nèi)的回用EG進(jìn)行置換，減少回用EG中雜質(zhì)含量,提高EG純度。

2.4 EG噴淋系統(tǒng)輔助管線堵塞

液封槽內(nèi)的回用EG雜質(zhì)較多，在長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)過(guò)程中，這些雜質(zhì)和低分子物質(zhì)會(huì)沉積在系統(tǒng)管線的管壁上，尤其是流量控制閥部分、回用EG收集槽17-T03的入口處等位置，其管徑為DN25的管線，時(shí)間長(zhǎng)后會(huì)造成管線堵塞。此外管線的彎頭部分，如果管線內(nèi)部焊接面不夠光滑，低分子物質(zhì)就很容易在此沉積。

改進(jìn)措施：以往的經(jīng)驗(yàn)處理方法是在裝置停工時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)管線進(jìn)行堿洗，效果很好。但在裝置運(yùn)行期間發(fā)生堵塞就很難處理，對(duì)于流量控制閥部分和17-T03入口的堵塞可以拆法蘭進(jìn)行疏通，但對(duì)于管線彎頭部分的堵塞，無(wú)法進(jìn)行疏通，在裝置運(yùn)行期間沒有較好的處理方法。為了保證EG能夠正常打入17-T03，現(xiàn)增加了由EG循環(huán)泵至17-T03的臨時(shí)管線，在板式換熱器的EG放空管線處接皮管將EG引入17-T03，調(diào)節(jié)手閥閥位即可控制流量，暫時(shí)解決了管線堵塞問題。在裝置停工檢修時(shí)對(duì)EG回流管線進(jìn)行改造，可以更好的解決堵塞問題。中紡院設(shè)計(jì)的EG回流管線管徑為DN25，檢修時(shí)可將管徑改為DN40，對(duì)于管線彎頭，可以將1個(gè)90°彎頭改為2個(gè)45°彎頭，以降低局部阻力，增加EG的流動(dòng)性，并且把主管線（DN150）與液封槽液位控制管線的接頭由鋼管改為軟連接，堵塞時(shí)可以將管線拆下，臨時(shí)接皮管代替，拆下的管線進(jìn)行堿洗后重新投用，就能有效地解決管線堵塞問題。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析可以看出，噴淋系統(tǒng)最容易出現(xiàn)的問題就是堵塞問題，堵塞的根本原因是縮聚反應(yīng)過(guò)程中的氣相物內(nèi)含有低分子夾帶物，氣相物在被抽出和冷凝的過(guò)程中使真空系統(tǒng)變臟，堵塞設(shè)備和管線。針對(duì)這些原因，首先應(yīng)盡量保持噴淋EG清潔，并及時(shí)清渣，其次對(duì)容易堵塞的部分管線、設(shè)備進(jìn)行工藝改進(jìn)，找準(zhǔn)堵塞原因，有針對(duì)性地給予沖洗、疏通。