間歇聚合試驗(yàn)反應(yīng)釜熱媒系統(tǒng)及真空管線改造

楊晟昱，蔡衛(wèi)偉，劉成宏，陸建昌

（中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900）

間歇聚合試驗(yàn)反應(yīng)釜熱媒系統(tǒng)及真空管線改造

楊晟昱，蔡衛(wèi)偉，劉成宏，陸建昌

（中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900）

為適應(yīng)工藝試驗(yàn)需要，針對(duì)研究院中試裝置PU150和PU300兩套間歇聚合反應(yīng)釜的熱媒系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)新增熱媒系統(tǒng)做校核計(jì)算，同時(shí)對(duì)真空系統(tǒng)管線進(jìn)行了局部調(diào)整改造。

反應(yīng)釜 熱媒系統(tǒng) 循環(huán)泵 真空管線

1 系統(tǒng)狀況介紹

原研究院中試裝置PU150與PU300反應(yīng)釜共用一套熱媒系統(tǒng)，同時(shí)只能有1臺(tái)釜單獨(dú)運(yùn)行（如圖1）。為滿足兩反應(yīng)釜同時(shí)單獨(dú)運(yùn)行的需要，需增加一套可獨(dú)立運(yùn)行的熱媒系統(tǒng)。首先要核算該熱媒系統(tǒng)的加熱能力能否滿足工藝要求。一般試驗(yàn)過程分為酯化和聚合階段，這兩個(gè)階段對(duì)熱量的需要是不同的。每套熱媒系統(tǒng)能夠滿足不同反應(yīng)階段獨(dú)立運(yùn)行的工藝要求。

圖1 改造前熱媒系統(tǒng)流程

原真空系統(tǒng)有三組不同類型的真空機(jī)組，均位于反應(yīng)釜系統(tǒng)的排氣抽出口處，滿足PU300和PU150兩個(gè)反應(yīng)釜單獨(dú)運(yùn)行時(shí)不同類型的試驗(yàn)所需的真空度要求。但是，如圖2所示，三真空機(jī)組均只能分別為兩反應(yīng)釜單獨(dú)或同時(shí)抽真空，而無法滿足兩反應(yīng)釜同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)但各自不同真空度要求工況時(shí)的需要。

圖2 改造前真空系統(tǒng)流程

通過對(duì)其熱媒及真空系統(tǒng)進(jìn)行改造，使現(xiàn)有系統(tǒng)能滿足PU150、PU300各自單獨(dú)運(yùn)行和兩反應(yīng)釜同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行等工況的需要。

2 熱媒系統(tǒng)校核計(jì)算工況基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

由于當(dāng)釜內(nèi)的反應(yīng)處于酯化階段時(shí)單位時(shí)間所必需的熱量值最大且較為穩(wěn)定，則選擇此階段的熱煤爐運(yùn)行數(shù)據(jù)來進(jìn)行核算。對(duì)于PU150反應(yīng)釜，當(dāng)熱媒升溫結(jié)束后系統(tǒng)保溫時(shí)，熱媒爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1。

表1 PU150運(yùn)行時(shí)不同負(fù)荷下熱媒爐的工況

對(duì)于PU300反應(yīng)釜，熱媒升溫后系統(tǒng)保溫穩(wěn)定 階段，對(duì)熱媒爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集結(jié)果如表2。

表2 PU300運(yùn)行時(shí)不同負(fù)荷下熱媒爐的工況

3 熱媒爐功率核算

根據(jù)熱力學(xué)定理，熱媒爐單位時(shí)間內(nèi)所需輸出的熱量（Q）［1］

為：

該熱媒系統(tǒng)采用的是由美國首諾公司提供的氫化三聯(lián)苯熱媒，其密度與比熱容參數(shù)［2］如表3。

表3 熱媒密度及比熱容

根據(jù)表3，采用線性插值法計(jì)算符合工況的ρ和c0。然后，同表1和表3中的V、T1和T2的平均值一起代入公式（1）得：

由此可得，當(dāng)PU150和PU300反應(yīng)釜同時(shí)運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)熱媒爐所需輸出的熱量Q總為：

4 新增熱媒爐循環(huán)泵的流量、揚(yáng)程校核計(jì)算

原熱媒爐的額定功率P為70 kW，是小于Q總的。即原熱媒爐均可單獨(dú)滿足PU150和PU300的需要，但無法滿足兩反應(yīng)釜同時(shí)運(yùn)行的要求。

熱媒系統(tǒng)中熱媒循環(huán)泵是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，熱媒循環(huán)泵的選擇好與壞直接影響到熱媒系統(tǒng)耗電量的多少，也影響到熱媒爐安全性的高低，更會(huì)影響到熱媒系統(tǒng)安全性的高低［3］。

4.1 熱媒循環(huán)泵流量

由以上計(jì)算知，原熱媒爐的加熱能力不能滿足兩反應(yīng)釜同時(shí)運(yùn)行的需要。因此采用增設(shè)一臺(tái)熱媒爐的方法進(jìn)行改造。為減少改造成本，現(xiàn)方案為選擇新增一臺(tái)熱媒爐專給PU150供熱。由于Q150= 27.11 kW，則選擇熱媒爐的功率為36 kW即可。根據(jù)統(tǒng)一考慮，熱媒爐進(jìn)出口溫差為8℃。則可根據(jù)公式（1），得：

從而選擇熱媒循環(huán)泵的流量為8 m3/h。

4.2 熱媒循環(huán)泵揚(yáng)程

液相熱媒系統(tǒng)為閉式循環(huán)系統(tǒng)，熱媒循環(huán)泵的作用主要是提供整個(gè)系統(tǒng)熱媒循環(huán)的動(dòng)力，因此熱媒循環(huán)泵的揚(yáng)程為整個(gè)系統(tǒng)阻力損失的累加［4-5］。由于反應(yīng)釜以及熱媒管線并未改變，則新增熱媒循環(huán)泵的揚(yáng)程與原循環(huán)泵一致即可。

綜上所述，在原熱媒系統(tǒng)需為PU150增設(shè)一臺(tái)功率為36 kW的熱媒爐，其循環(huán)泵流量為8 m3/h，揚(yáng)程為32 m。改造方案為增設(shè)一臺(tái)這樣的熱媒爐單獨(dú)為PU150提供熱量，同時(shí)新增一些閥門，使得原熱媒爐仍可單獨(dú)為PU150或PU300加熱，新增熱煤爐2、循環(huán)泵2、控制閥以及管道等為改造部分，如圖3所示。

圖3 熱媒系統(tǒng)改造后流程

5 真空管線改造

由于原三臺(tái)真空機(jī)組均能單獨(dú)為PU150或者PU300提供所需的真空度，則欲使兩反應(yīng)釜同時(shí)運(yùn)行，只需對(duì)原真空管線做相應(yīng)調(diào)整即可。管線改造方案如圖4，與圖2比較，將01真空機(jī)組和02真空機(jī)組，以及PU150反應(yīng)釜相連接，并相應(yīng)增加閥門以便根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 改造后的真空管線

6 改造后效果

a）熱媒系統(tǒng)改造后，能滿足PU150、PU300各自單獨(dú)運(yùn)行和兩反應(yīng)釜同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行等工況的需要，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)降低了整個(gè)系統(tǒng)的能耗。

b）真空管線改造之后，三臺(tái)真空機(jī)組相對(duì)獨(dú)立，當(dāng)03真空機(jī)組單獨(dú)為PU300抽真空時(shí)，通過閥門的切換，不會(huì)影響01或02真空機(jī)組為PU150的運(yùn)行。改造后，經(jīng)過多次試驗(yàn)，均能滿足要求。

［1］ 沈維道，童鈞耕.工程熱力學(xué)（第4版）［M］.北京：高等教育出版社，2007：74.

［2］ 方強(qiáng).熱煤爐運(yùn)行工況剖析［J］.聚酯工業(yè)，1998，11（4）：57 -60.

［3］ 倪曉東.氣相熱媒系統(tǒng)與液相熱媒系統(tǒng)熱媒循環(huán)泵選擇［J］.聚酯工業(yè)，2013，26（4）：49-51.

［4］ 黃衛(wèi)星，李建明，肖澤儀.工程流體力學(xué)（第二版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：198.

［5］ 譚天恩，李偉等.過程工程原理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2010：18.

Reconstruction of HTM system and vacuum pipeline for the polymerization reactor

Yang ShengYu，CaiWeiwei，Liu Chenghong，Lu Jianchang

（Research Institute of Sinopec Yizheng Chem ical Fiber Co.，Ltd.，Yizheng Jiangshu 211900，China）

In order to meet the technologY needs，the heat transfer material（HTM）sYstem should be redesigned，which provide heat for those two sets of polYmerization reactor，PU150 and PU300.BY calculation，a new HTM furnace was choosed，and at the same time，the vacuum pipeline was upgraded，which provided some practical experience for such reconstruction.

reactor；HTM furnace sYstem；circulating pump；vacuum pipeline

TQ320.5

B

1006-334X（2015）04-0053-03

2015-11-03

楊晟昱（1991—），安徽臨泉人，助理工程師，主要從事化工設(shè)備管理。