靜電電流儀在聚烯烴反應器中的應用

丁蘭蓉

(中石化上海工程有限公司，上海 200120)

靜電電流儀在聚烯烴反應器中的應用

丁蘭蓉

(中石化上海工程有限公司，上海 200120)

針對氣相流化床聚烯烴反應器內部聚合物結塊的現(xiàn)象，采用靜電電流儀進行監(jiān)控。從靜電電流儀的種類入手，對靜電電流儀的工作原理、特點、在設計中的注意事項、具體應用中的數(shù)據(jù)分析等各個方面進行了闡述，并結合具體項目對靜電電流儀的應用進行了分析研究。

靜電電流儀 反應器 結塊 靜電流型 靜電壓型

靜電電流儀在氣相流化床聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯)工藝中經常被應用，其主要目的是為了監(jiān)測反應器內電荷不平衡的情況，使操作工根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)及時采取措施，防止反應器內部形成片狀聚合物或聚合物結塊等現(xiàn)象的發(fā)生，從而延長反應器運行時間，減少停車和安全事故的發(fā)生。

由于烯烴聚合反應是放熱反應，如果反應熱不能及時散出，反應器溫度就會達到或超過聚合物的軟化溫度，造成顆粒結塊。同時反應器內靜電引起的結塊以及催化劑活性太高等原因導致的結塊，嚴重時均會引起裝置停車和產生廢料，對正常的工廠生產造成損失。因此，對于氣相法聚烯烴反應器的靜電電流測量是相當重要的。

1 靜電電流儀的種類

目前聚烯烴裝置中常用的靜電電流儀主要有兩種： 靜電流型電流儀和靜電壓型電流儀。顧名思義，靜電流型電流儀是一種直接測量電流的儀表，而靜電壓型電流儀在測量毫伏電壓后再轉換為電流。具體項目中采用哪種類型的靜電電流儀可以根據(jù)各自的特點來選擇，其中某些專利的聚乙烯和聚丙烯工藝會配套靜電壓型電流儀，也可根據(jù)需要選用靜電流型電流儀。

2 靜電電流儀的工作原理及特點

2.1靜電流型電流儀

實驗證明，反應器內存在的電荷活動構成一個近似完美的電流源，當一個傳導通道接地的電極放到反應器內部時，其電流量與流通電阻無關。而與電極的電阻相關，因流通電阻較低，故電流就可以在基本的對地電勢下直接測量出來。

靜電流型靜電電流儀的特點： 可適應流化床反應器的苛刻環(huán)境，可承受反應器內劇烈撞擊等情況；反應器內無需引入高電壓源來測量靜電電流；輸出板、電源板、過壓保護器等電子部件與反應器探頭組合成為一個整體，也有分體式設計，安裝使用方便；現(xiàn)場電子機殼上有1個窗口，可以觀察發(fā)光二極管的棒圖顯示及控制設定；維護時除了電源板上的保險絲外，沒有其他需要更換的部件；輸出4～20mA標準信號；用戶可選的靈敏度、量程和平滑設定，有從0～0.1nA到0～1000nA共9個量程可選；經認證可用在危險區(qū)域。

缺點： 需要外接電源115V(AC)，230V(AC)，24V(DC)(可選)。

2.2靜電壓型電流儀

靜電壓型電流儀的電路原理如圖1所示。

圖1 靜電壓型靜電電流儀的電路原理

圖1中，高值電阻器和1.3MΩ的電阻器組成為E-I轉換器提供毫伏級信號的分壓器。具體的分壓計算公式為1.3×106/(4×1011+1.3×106)=1/307693，即每307693mV(大約308V)的靜電壓會引起E-I轉換器1mV的輸入信號，E-I轉換器0的輸入信號對應12mA的輸出，那么對于每9.75mV的輸入變化其輸出的變化可達到8mA，相當于3kV。12mA是帶電零點，允許雙極的靜態(tài)電壓測量。當靜電壓為3kV時，正的靜電壓把輸出信號線性地增加到20mA，同樣的，在-3kV時，負的靜電壓把輸出信號線性地減少到4mA。

要改變探頭的操作范圍，只需改變1.3MΩ的阻值，并且重新校準即可。比如-2～2kV的滿量程范圍，E-I轉換器的輸入電壓為-10～10mV，輸出電流為4～20mA，相應的阻值為2MΩ。而標準的滿量程范圍為-3～3kV，E-I轉換器的輸入電壓為-9.75～9.75mV，輸出電流為4～ 20mA， 相應的阻值為1.3MΩ。

對于高壓下電阻有一關鍵因素不能忽略，當電壓級別大于4kV時，電阻器會有一個負壓系數(shù)，即當應用的電壓增高時，電阻會減小，會引起非線性的近乎滿量程讀數(shù)。

盡管上面討論的都是被測的靜電電壓，實際上也產生了電流。例如，當讀數(shù)為2kV時，通過電阻的電流為5nA，根據(jù)歐姆定律，容器中的帶電物質將會在探頭的頂端產生2kV電壓下的5nA電流。為了將該電流傳遞給探頭頂部或從探頭頂部傳輸該電流，容器中的物質可能需要承載比2kV更高的電壓。然而，流動的電流和相應的電壓讀數(shù)，直接與容器內物質的電荷成正比，讀數(shù)即為容器中靜電電流活動的相應指示。

靜電壓型靜電電流儀的特點： 測量有壓容器的靜電電流活動，探頭可以永久安裝在容器內；電子部件可作為一個標準4～20mA輸出的二線制變送器，無需外供電；設備安裝接口可有多種選擇；出于安全考慮，探頭內為雙電極設計；缺點： 現(xiàn)場沒有顯示。另外，潮濕會影響高值電阻并減少絕緣體表面的電阻，所以一定要用干燥的氮氣吹掃電子部件。

3 靜電電流儀設計中的注意事項

由于靜電電流儀的探頭是插入反應器內，選型中需要注意探頭必須符合反應器的溫度、壓力等操作工況，同時還要能承受反應器內聚合物塊料偶爾對探頭的撞擊。探頭多為圓柱形設計，探頭外徑應符合反應器法蘭接口內徑的要求，并在設計中要注意查看反應器的制造圖紙，并將反應器法蘭開口尺寸、反應器壁厚等信息提供給制造商，以確保安裝連接準確無誤。靜電電流儀探頭的安裝位置通常在氣相反應器的分布板上方，因為反應器分布板的結塊比較危險，如果分布板上存在結塊，該快速增大，會造成反應器停車并需要清理流化床。探頭安裝后深入反應器內壁的凸出長度一般在12.7～38.1mm之間，長度在安裝后不宜伸出反應內壁太長，一般不大于38.1mm。

靜電流型靜電電流儀為本質安全設計，必須確保IS安全柵有接地連接，沒有接地安全柵靜電電流儀無法工作，其輸出板上4～20mA輸出僅設計為信號端子，在該點不能施加任何電壓。當選擇直流電源供電時，禁止把交流電源接入任何帶有直流電源選項的靜電電流儀中。

靜電壓型靜電電流儀須用干燥的氮氣吹掃電子部件，因此需要另外附帶一個吹掃裝置，并帶有壓力低報警開關，信號接入儀表系統(tǒng)在控制室進行報警。在斷開吹掃裝置的任何部分電路之前，均須使探頭的電極與帶壓反應器的殼體短路，以防止高電壓堆積而損壞探頭。

4 靜電電流儀應用中的數(shù)據(jù)分析

國內某大型石化企業(yè)的聚乙烯裝置，采用進口專利工藝，反應器上安裝了專利配套的靜電壓型產品，量程范圍為-3～3kV。裝置運行中反應器基本平穩(wěn)正常，靜電電流儀的指示值基本上保持在 -10～10V， 沒有太大波動。在2012年7月，由于切換回收壓縮機前過濾器沒有置換干凈，氧氣進入反應系統(tǒng)引起了正靜電，靜電電流儀的指示值最大時超過了1kV，最終導致反應器結片停車。歷史數(shù)據(jù)曲線如圖2所示。

圖2 靜電電流儀的電壓波動曲線

在2013年5月，開車前三乙機鋁滴定時產生了靜電，所幸靜電的量不是太大，經及時處理后恢復正常。歷史數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 靜電電流儀的電壓波動曲線

5 結束語

氣相聚烯烴反應器流化床雖然在生產中經常會產生各種原因導致的結塊，正確運用靜電電流儀，可及時發(fā)現(xiàn)結塊征兆，從而采取相應的措施將結塊控制在較小的范圍內。在正常操作中，應加強對操作工的培訓，使操作工對各種原因引起的結塊有充分的認識，采取相應的預防措施，使聚烯烴的生產保持安全平穩(wěn)的運行狀態(tài)，減少反應器停車，為企業(yè)創(chuàng)造最大的利潤。

[1] 張 西國.氣相流化床聚乙烯反應系統(tǒng)運行連續(xù)性探索[J].石油化工，2001，30(07)： 545-549.

[2] 于恒修，王芳，王靖岱，等.氣相聚合流化床內靜電與結片現(xiàn)象的研究進展[J].石油化工，2007，36(02)： 205-209.

[3] 石志儉.氣相流化床反應器內靜電研究進展[J].合成樹脂及塑料，2010，27(04)： 74-78.

[4] 孔德帥，郭慶杰.流化床內靜電的產生與控制[J].化工進展，2008，27(09)： 1353-1356.

[5] 勝喜梅，李貴生，勝兆泉.聚乙烯裝置靜電原因分析及預防[J].河南化工，2000(07)： 36-37.

[6] 蔡祥軍.氣相法聚乙烯反應器中靜電風險的防范[J].浙江化工，2010，41(04)： 27-30.

[7] 王洪濤.氣相法聚乙烯反應器結塊原因及預防措施[J].合成樹脂及塑料，2005，22(02)： 52-55.

[8] 王芳，王靖岱，陽永榮.動態(tài)粉體靜電測量技術的研究進展[J].化工自動化及儀表，2008，35(05)： 1-6.

[9] 張子成.流化床反應器的靜電與結片的消除方法[J].煉油與化工，2007，18(02)： 24-26.

[10] 王芳.氣固流化床分布的理論及實驗研究[D].杭州： 浙江大學，2008.

ApplicationofElectrostaticTransmitterforReactorsinPolyolefinPlant

Ding Lanrong

(Sinopec Shanghai Engineering Co.Ltd.， Shanghai， 200120， China)

Contraposing the phenomena of agglomeration inside gas phase fluidized bed polyolefin reactor， electrostatic transmitter is used for monitoring the reactor inside states. Start from the type of electrostatic transmitter， operation principle， feature， considerations during design， data analysis in detailed application are discussed. Combing with specific project， the application of electrostatic transmitter is discussed.

electrostatic transmitter； reactor； agglomeration； static electricity current type； static electricity voltage type

稿件收到日期： 2013-06-14，修改稿收到日期2013-08-20。

丁蘭蓉(1967—)，女，浙江義烏人，1989年畢業(yè)于華東化工學院生產過程自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于中石化上海工程有限公司，從事石油化工自動化工程設計工作，任儀電室副主任、高級工程師。

TH89

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1007-7324(2013)06-0064-03