高壓聚乙烯裝置反應器壓力波動的原因分析及對策

馮勇（中國石化股份有限公司齊魯分公司塑料廠 山東 淄博 255411）

齊魯高壓聚乙烯裝置為齊魯45萬噸乙烯改擴建工程主要配套項目，采用無脈沖管式法生產工藝，反應壓力高，聯(lián)鎖多，生產連續(xù)性強，操作難度相對較大。隨著裝置運行時間的延長，許多制約裝置長周期運行和影響產品質量的問題逐漸顯現(xiàn)出來，其中反應器壓力波動問題已經成為影響裝置長周期運行的瓶頸之一。

一、高壓聚乙烯裝置反應器壓力波動的危害

采用的是無脈沖管式工藝，要求壓力高（250MPa±1MPa），壓力控制要平穩(wěn)。反應壓力波動主要危害：

1.反應器壓力波動影響產品質量。反應壓力的變化都會引起產品分子量、密度以及其他物理性能的變化，反應壓力升高，產品分子量增加，熔融指數(shù)降低，密度升高，反之亦然，會造成最終產品指數(shù)不穩(wěn)定。

2.反應器壓力波動會造成反應溫度的波動。壓力上升時，反應器內乙烯單體濃度迅速增加，轉化率升高，造成反應溫度也會突然上升，嚴重時會發(fā)生分解反應；當反應器壓力突然降低時，反應溫度也會降低，造成低溫聯(lián)鎖停車

3.反應器壓力波動對設備造成危害。壓力波動時會沖擊設備，特別對二次機、反應器造成損害，同時壓力的突然增大對會反應器上的熱電偶造成沖擊，嚴重時會引起熱電偶透鏡環(huán)處泄漏閃爆。

二、造成反應器壓力波動的因素分析

1.反應器壓力引壓管堵塞造成反應器壓力波動

引壓管堵塞是造成反應器壓力波動的主要原因。高壓乙烯會在引壓管線內自聚，形成超大分子聚合物，會堵塞引壓管線。此時不能測量出反應器內真實壓力，測量值會比實際值滯后。如圖，在0-10這段時間，由二次機出口壓力和第一注入點的壓力可看出，反應器真實壓力在逐漸升高，而反應器壓力測量值卻顯示不變，當反應器壓力增大到一定值時，引壓管突然被吹通，反應器壓力立即反應為真實壓力，壓力突然升高，此時由于反應器出料閥投自動，壓力出現(xiàn)了大幅波動。

2.二次壓縮機打氣量的變化會引起反應器壓力波動

由于二次機出口乙烯氣體全部給反應器，二次機打氣量發(fā)生變化，將引起反應器內乙烯氣體量的變化，將直接導致反應壓力的變化，會引起二次機出入口、反應器、高循系統(tǒng)壓力的惡性循環(huán)，最終導致反應器壓力過高，聯(lián)鎖停車。造成二次機打氣量變化的主要原因是二次機入口溫度和壓力的變化。

3.反應器內物料流動狀況對反應壓力的影響

根據流體動力學壓降公式：ΔP=λ*ι*ρ*u2/2d，流體在流動過程中因克服內摩擦而消耗能量，當流體粘度增大，流動阻力會增加，壓降也將增大，反之粘度減小，壓降也降減?。煌瑫r流動摩擦因數(shù)λ改變也會影響壓降ΔP的變化。在本裝置流體粘度主要受物料熔融指數(shù)影響，而摩擦因數(shù)與反應器粘壁狀況有關。實際生產中因物料流動情況改變而引起反應壓力變化的有幾種情況：1、反應器在脫垢造成反應器壓力波動；2、反應水溫度過高或過低導致對壓力均有影響；3、產品熔融指數(shù)的改變，造成反應器壓力波動。

4.設備故障對反應壓力的影響

因設備原因造成反應器壓力波動主要有兩種情況：一是反應器出料閥發(fā)生故障。因反應器出料閥直接控制反應壓力，它發(fā)生故障直接會導致反應壓力大幅度波動。二是二次機發(fā)生故障會引起打氣量發(fā)生變化，也影響到反應壓力波動。

三、降低或避免反應器壓力波動的對策

1.及時判斷反應器壓力引壓管堵塞并有效處理

當反應器壓力引壓管線出現(xiàn)堵塞時，反應壓力測量值已經不能真實反映反應器的真實壓力，測量值較實際值滯后。此時可根據引發(fā)劑第一注入點壓力和二次機出口壓力作為參照來控制反應壓力。此時要將反應器壓力PCE101由自動控制切換為手動控制，根據第一注入點壓力或二次機出口壓力來判斷反應器真實壓力，并以此調節(jié)PCE101輸出值。

2.在線吹掃反應器壓力引壓管線

定期對反應器引壓管進行吹掃，利用反應器引壓管停車吹掃設施，制定開車過程中在線對反應器引壓管吹掃方案。吹掃時將反應器壓力控制切手動控制，并將反應器壓力聯(lián)鎖強制，以避免在吹掃過程中因反應器壓力指示變化，造成控制閥門變化影響反應器實際壓力波動，同時避免反應器壓力指示變化造成反應器壓力高壓或低壓聯(lián)鎖停車。

3.穩(wěn)定控制二次機入口溫度

進行高循脫垢換熱器并聯(lián)前，先將高循換熱器的冷卻水閥開度降低，從保證二次機入口溫度TIB102控制在37℃～43℃之間，以保證二次機打氣量穩(wěn)定。若二次機入口溫度已出現(xiàn)大幅波動時，要將反應器壓力PCE101切換到手動，穩(wěn)定反應壓力，待二次機入口溫度趨于穩(wěn)定時，再將PCE101投自動。

4.規(guī)范反應器脫垢和反應水穩(wěn)定操作。

在給反應器脫垢時，反應器壁結垢會逐漸沖刷掉，物料流動阻力減小，此時應及時調整PCE101輸出值，將其關小，以免發(fā)生壓力過低而觸發(fā)聯(lián)鎖。反應水溫過低，會導致管內聚乙烯粘度增大，流動阻力會上升，引起反應器壓力上升，對于不同MI的產品允許最低反應水溫度；MI＞1時允許最低水溫140℃；MI≤1時允許最低水溫150℃。

四、結論

1.反應器壓力波動是制約高壓聚乙烯裝置長周期穩(wěn)定運行重要因素之一，反應器壓力控制不穩(wěn)定會影響產品質量，導致超壓或高溫停車，嚴重時會引發(fā)重大安全事故。

2.造成反應器壓力波動因素很多，主要有反應器引壓管堵塞、壓縮機打氣量變化、反應器粘壁以及設備故障等因素。

3.解決反應器壓力波動要通過實施監(jiān)控，在反應器壓力大幅波動前能夠發(fā)現(xiàn)并妥善處理?？赏ㄟ^定期吹掃反應器引壓管、穩(wěn)定控制二次機入口溫度和壓力、規(guī)范反應器脫垢操作以及做好切換牌號和設備故障時的應急操作，避免或降低反應器壓力的波動。

[1]《化工原理》徐文熙

[2]《高分子化學》祖仁