環(huán)管聚丙烯裝置催化劑系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題的分析與優(yōu)化①

李 翔

(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司)

環(huán)管聚丙烯裝置催化劑系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題的分析與優(yōu)化①

李 翔

(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司)

介紹環(huán)管聚丙烯裝置催化劑系統(tǒng)的工藝原理，對(duì)環(huán)管聚丙烯裝置催化劑系統(tǒng)常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并總結(jié)相應(yīng)的優(yōu)化措施。

催化劑系統(tǒng) 環(huán)管聚丙烯裝置 問(wèn)題分析 解決措施

在環(huán)管聚丙烯生產(chǎn)裝置中，催化劑系統(tǒng)是保證聚合反應(yīng)正常進(jìn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)，主要包括主催化劑和三乙基鋁、給電子體助劑系統(tǒng)。主催化劑作為反應(yīng)的引發(fā)劑，只有與助催化劑三乙基鋁相互作用才能形成活性中心，使聚合反應(yīng)順利進(jìn)行。給電子體用于調(diào)解聚合物等規(guī)度和催化劑對(duì)氫氣的敏感性，同時(shí)對(duì)催化劑的活性和聚丙烯的表觀密度也有一定的影響，決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，保證催化劑系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，避免裝置出現(xiàn)生產(chǎn)波動(dòng)甚至非計(jì)劃停車，是技術(shù)人員需要長(zhǎng)期探索和解決的問(wèn)題。筆者結(jié)合中國(guó)石化海南煉油化工有限公司環(huán)管聚丙烯裝置自開(kāi)工以來(lái)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)催化劑系統(tǒng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，總結(jié)了相應(yīng)的解決優(yōu)化措施，為裝置后期出現(xiàn)類似問(wèn)題提供參考和指導(dǎo)。

1 催化劑系統(tǒng)簡(jiǎn)介

中國(guó)石化海南煉油化工有限公司聚丙烯裝置采用國(guó)產(chǎn)第二代環(huán)管工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)負(fù)荷為200kt/a。該裝置由兩組串聯(lián)的滿液相環(huán)管反應(yīng)器組成，以丙烯、氫氣為主要生產(chǎn)原料，在催化劑作用下生成聚丙烯粉料，再經(jīng)過(guò)擠壓造粒成聚丙烯顆粒。催化劑系統(tǒng)中，主催化劑采用以MgCl2為載體的DQC系列鈦系球形高效催化劑，助催化劑由三乙基鋁和給電子體構(gòu)成。

催化劑系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖如圖1所示，桶裝的固體主催化劑在裝置內(nèi)用油脂按一定比例配制混合均勻后，由液壓系統(tǒng)PK101中的往復(fù)柱塞泵P108將它連續(xù)加入三劑(主催化劑、三乙基鋁和給電子體)預(yù)接觸罐D(zhuǎn)201中，助催化劑三乙基鋁和給電子體則分別由液壓隔膜計(jì)量泵連續(xù)加入D201中。三劑在D201內(nèi)在磁力攪拌器A201的作用下充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，再?jīng)過(guò)溢流線進(jìn)入在線混合器Z203中，與低溫丙烯接觸后隨之一起進(jìn)入反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行聚合反應(yīng)[1]。

圖1 催化劑系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖

2 主催化劑配置

催化劑罐D(zhuǎn)106在配置主催化劑時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題有：在配置過(guò)程中加主催化劑時(shí)間過(guò)短、加劑過(guò)快、罐體升降溫過(guò)快及攪拌不均勻等導(dǎo)致催化劑出料不暢，極易堵塞出料管線；未對(duì)新配置的主催化劑進(jìn)行氮?dú)夤呐?，?dǎo)致水含量超標(biāo)，影響催化劑活性，使反應(yīng)系統(tǒng)不穩(wěn)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至裝置非計(jì)劃停車。

在生產(chǎn)過(guò)程中，曾出現(xiàn)主催化劑出料管線壓力PI142急劇上升，經(jīng)外操現(xiàn)場(chǎng)處理發(fā)現(xiàn)，在線混合器Z203的A線路堵塞，切換B線也不通，迫使裝置停車，清理管線。查找原因發(fā)現(xiàn)是催化劑配制時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，導(dǎo)致催化劑分散效果不好，結(jié)成團(tuán)，堵塞輸送管線。

針對(duì)主催化劑配置過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題，提出以下建議措施：

a. 目前充料、倒料為一條管線，即由D106底部出料再由出料線從D106底部重新倒回，致使倒料混合效果不佳。建議增加一條倒料線從D106上部進(jìn)入，使主催化劑充分混合均勻。

b. 對(duì)于新配置的主催化劑，在使用前需進(jìn)行多次倒料操作，充分混合均勻后再投入使用。

c. 規(guī)范主催化劑配置流程，加強(qiáng)加劑人員的理論培訓(xùn)。

3 主催化劑進(jìn)料

主催化劑的計(jì)量單元PK101系統(tǒng)采用機(jī)、電、液、氣共同控制的方式，程序邏輯復(fù)雜，操作難度大，極易出現(xiàn)操作失誤。輕則堵塞管線，引起反應(yīng)波動(dòng)，重則造成環(huán)管爆聚。

PK101系統(tǒng)(圖2)中D108A、B為活塞式注射器，上部由P108輸送液壓油推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞下部接收和輸送催化劑。D108接收來(lái)自催化劑分散罐D(zhuǎn)106的膏狀催化劑并進(jìn)行充料，期間為防止催化劑沉降、催化劑顆粒分布不均的現(xiàn)象，需對(duì)D108進(jìn)行多次倒料操作，然后充填、加壓備用。此系統(tǒng)控制閥較多，運(yùn)行復(fù)雜，極易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤。

圖2 PK101系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖

對(duì)PK101系統(tǒng)日常操作中常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析：

a. 在手動(dòng)模式下，D108A、B進(jìn)行切換操作時(shí)，誤操作將正在使用的D108突然泄壓，致使丙烯倒竄至PK101系統(tǒng)，整個(gè)催化劑管線堵塞。

b. 液壓油系統(tǒng)過(guò)濾器F107在首次投用或清理后再次投用過(guò)程中未進(jìn)行排氣處理，導(dǎo)致計(jì)量出現(xiàn)問(wèn)題。某次車間安排拆清計(jì)量油過(guò)濾器F107。過(guò)濾器清洗完畢后，當(dāng)班班組在未完全排氣的情況下投用了F107。自當(dāng)日11∶48開(kāi)始，PI142壓力下降到3.76MPa，導(dǎo)致主催化劑加入量波動(dòng)，聚合反應(yīng)變差。在D108壓力表多次排氣后，12∶20主催化劑加入量恢復(fù)正常。

c. 在PK101系統(tǒng)停用后再次投用過(guò)程中，如果D108頂部、催化劑管、P108泵體內(nèi)帶氣將導(dǎo)致催化劑出料波動(dòng)或不上量，造成反應(yīng)系統(tǒng)大幅波動(dòng)甚至沒(méi)有反應(yīng)被迫停車。因此，PK101系統(tǒng)再次投用前應(yīng)對(duì)系統(tǒng)管線、泵出口和注射器頂部進(jìn)行充料置換，選擇高點(diǎn)排氣，直至氣體全部排出。

d. 主催化劑計(jì)量泵P108沖程零點(diǎn)漂移、在切換或投用過(guò)程中沖程動(dòng)力風(fēng)源未正常投用，致使計(jì)量泵沖程不受控制，催化劑加入量過(guò)高或過(guò)低，導(dǎo)致反應(yīng)劇烈不受控制或不反應(yīng)。當(dāng)班人員在事故處理過(guò)程中將P108A切換至P108B時(shí)，由于流程檢查不仔細(xì)，操作員沒(méi)有將儀表風(fēng)進(jìn)P108B 沖程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一道閥門打開(kāi)，導(dǎo)致P108B實(shí)際沖程過(guò)高且不受控制，致使反應(yīng)系統(tǒng)被迫停車。

針對(duì)上述故障，提出以下改進(jìn)建議：

a. 增設(shè)計(jì)量泵出口流量計(jì)，中控人員可以在DCS系統(tǒng)上觀察流量情況，并設(shè)定流量偏差報(bào)警，可以隨時(shí)對(duì)主催化劑流量進(jìn)行監(jiān)控，避免計(jì)量泵在沖程漂移時(shí)引發(fā)流量變化，卻不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成裝置反應(yīng)大幅波動(dòng)和爆聚的風(fēng)險(xiǎn)。

b. 規(guī)范操作流程，嚴(yán)格按照指定操作流程操作，在系統(tǒng)手動(dòng)模式下合理安排人員，必要時(shí)先開(kāi)Z203頂油，關(guān)主催化劑進(jìn)D201前手閥，再進(jìn)行D108A、B的切換操作。

4 助催化劑進(jìn)料

助催化劑三乙基鋁和給電子體的計(jì)量泵均采用液力驅(qū)動(dòng)式隔膜泵。該泵通過(guò)隔膜傳遞壓力，柱塞與隔膜片之間充滿液壓油，柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)隔膜片在限制板內(nèi)前后運(yùn)行，從而吸入和排出介質(zhì)[2]。隔膜于沖程的前半周將被輸送流體吸入并于后半周將流體排出泵頭。所以，改變沖程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率或每一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的沖程長(zhǎng)度即可達(dá)到調(diào)節(jié)流體輸送量的目的。

隔膜的隔離作用，在結(jié)構(gòu)上真正實(shí)現(xiàn)了被計(jì)量流體與驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)之間的隔離。液力驅(qū)動(dòng)式隔膜泵的液壓油均勻地驅(qū)動(dòng)隔膜，克服了機(jī)械直接驅(qū)動(dòng)方式下泵隔膜受力過(guò)分集中的缺點(diǎn)，提升了隔膜壽命和工作壓力上限。

隔膜泵運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題及其解決措施如下：

a. 存在氣相，需要進(jìn)行排氣。檢查進(jìn)口管路是否有氣或者液壓油傳動(dòng)部分是否有氣相夾雜。

b. 泵體泄漏或膜片損壞，檢查更換密封墊或膜片。為了克服單隔膜式計(jì)量泵可能出現(xiàn)的因隔膜破損而造成的工作故障問(wèn)題，有的計(jì)量泵配備了隔膜破損傳感器，實(shí)現(xiàn)隔膜破裂時(shí)的自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)；采用具有雙隔膜結(jié)構(gòu)的泵頭進(jìn)行計(jì)量以進(jìn)一步提高其安全性，適用于對(duì)安全保護(hù)特別敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。

c. 泵的行程不受控。檢查沖程控制風(fēng)源是否正常投到自動(dòng)控制、沖程風(fēng)壓是否正常等。

d. 泵的沖程零點(diǎn)漂移，助催化劑加入量過(guò)多或過(guò)少?？赏ㄟ^(guò)出口流量觀察，重新進(jìn)行檢查調(diào)整。

e. 泵出入口單向閥卡料，需拆開(kāi)清理。

f. 入口過(guò)濾器是否需要清理，清理之后是否需要重新進(jìn)行排氣。

g. 出入口風(fēng)控閥故障。曾在裝置運(yùn)行過(guò)程中三乙基鋁計(jì)量泵P101A出現(xiàn)多次流量波動(dòng)現(xiàn)象，將A泵切換至B泵運(yùn)行后，對(duì)A泵進(jìn)行檢修，更換入口單向閥。試運(yùn)A泵過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，入口氣動(dòng)閥HV114A閥芯斷裂無(wú)法打開(kāi)，為保證A泵正常備用，從入口過(guò)濾器F101底部臨時(shí)配一根進(jìn)料線至A泵入口。

5 預(yù)接觸罐D(zhuǎn)201至在線混合器Z203系統(tǒng)

D201至Z203系統(tǒng)(圖3)較復(fù)雜，管線細(xì)且密，操作難度大，極易發(fā)生事故。D201容積僅0.003m3，為滿罐操作，三劑在磁力耦合式攪拌器A201攪拌混合均勻后通過(guò)D201頂部溢流線溢流而出，以防產(chǎn)生氣泡?；旌暇鶆虻娜齽┙?jīng)溢流線流入在線混合器Z203A、B，由經(jīng)E201冷卻到10℃的丙烯分散并夾帶混合物經(jīng)熱彎管Z211A、B流入預(yù)聚合反應(yīng)器R200進(jìn)行預(yù)聚合。

圖3 D201至Z203系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖

該系統(tǒng)操作過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題分析如下：

a. 三劑進(jìn)D201時(shí)突然中斷或流量不足，造成D201壓力低，進(jìn)Z203的丙烯發(fā)生倒竄，D201堵塞。

格柵壩是攔擋壩的一種特殊形式，它可以采用圬工壩上留窄縫孔洞等形式，也可用鋼桿件或混凝土桿件組裝或安置。在圬工墩臺(tái)間亦可采用樁式或A字形三腳架式的樁林壩，還可采用鋼索網(wǎng)狀壩，它的主要作用是攔住大石塊或林木，而將洪水或泥流排出。

b. 進(jìn)在線混合器Z203的丙烯量過(guò)少、流速過(guò)低或壓力較低，致使三劑在Z203中的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，發(fā)生聚合反應(yīng)，Z203堵塞。

c. 丙烯經(jīng)過(guò)E201冷卻器時(shí)未得到充分冷卻，溫度過(guò)高，致使丙烯與三劑在Z203接觸時(shí)發(fā)生反應(yīng)，堵塞管線。

d. 切換操作時(shí)出現(xiàn)失誤，未按照操作步驟進(jìn)行。如在打開(kāi)D201溢流閥前，D201壓力較低，導(dǎo)致丙烯倒竄堵塞管線。

e. 切換D108時(shí)，備用罐未加壓備用，切換后催化劑管線壓力不足，致使D201壓力降低，丙烯倒竄。

f. I201聯(lián)鎖動(dòng)作，三劑泵沖程歸零，D201壓力下降，操作人員不能在第一時(shí)間進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)頂油閥，致使丙烯倒竄至D201內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，D201聚堵嚴(yán)重。

g. 預(yù)接觸罐攪拌器A201故障。曾發(fā)生過(guò)A201轉(zhuǎn)速降低，造成裝置停車的事故，對(duì)A201進(jìn)行檢修發(fā)現(xiàn)，密封墊片卷入軸內(nèi)，造成轉(zhuǎn)動(dòng)阻力大于磁力耦合力進(jìn)而發(fā)生打滑，更換密封墊片和石墨環(huán)軸承后開(kāi)機(jī)正常。后來(lái)，又有A201皮帶老化問(wèn)題，短時(shí)間停三劑進(jìn)行更換，未對(duì)反應(yīng)造成影響。還有一回，A201轉(zhuǎn)速回零，檢查發(fā)現(xiàn)是磁力座皮帶輪磨斷，停三劑更換后正常。

針對(duì)上述問(wèn)題，提出的建議措施如下：

a. 加強(qiáng)技術(shù)人員的理論學(xué)習(xí)，日常操作嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行；

b. 加強(qiáng)日常關(guān)鍵部位的巡檢，增強(qiáng)崗位安全意識(shí)，日常巡檢必須走到、看到、想到、做到；

c. 內(nèi)操加強(qiáng)盯表，積極開(kāi)展有針對(duì)性的事故演練，多總結(jié)事故經(jīng)驗(yàn)、多想多動(dòng)腦，進(jìn)行操作優(yōu)化；

d. 建議在D201至Z203系統(tǒng)頂油線上增設(shè)程序控制閥，在I201聯(lián)鎖動(dòng)作結(jié)果中增加打開(kāi)頂油程序控制閥的動(dòng)作，縮短反應(yīng)處理時(shí)間，保證丙烯無(wú)法倒竄堵塞D201。

6 結(jié)束語(yǔ)

催化劑系統(tǒng)是聚丙烯裝置的關(guān)鍵部位，也是運(yùn)行中比較敏感薄弱的環(huán)節(jié)，極易出現(xiàn)故障，如若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將影響整個(gè)裝置的安全生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裝置非計(jì)劃緊急停車。因此，加強(qiáng)日常操作管理，強(qiáng)化安全操作意識(shí)，培養(yǎng)員工事故的應(yīng)急處理能力是保證裝置正常運(yùn)行的基本前提。在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中要不斷進(jìn)行工藝操作優(yōu)化，例如增設(shè)主催化劑泵P108出口流量計(jì)、增加I201聯(lián)鎖內(nèi)容及遠(yuǎn)程控制頂油閥等，簡(jiǎn)化裝置問(wèn)題解決途徑，避免人為操作失誤帶來(lái)的裝置聚合反應(yīng)不可控因素，保障裝置的“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行。

[1] 洪定一.聚丙烯——原理、工藝與技術(shù)[M].北京:中國(guó)石化出版社,2007:374～376.

[2] 張艷紅.隔膜式計(jì)量泵補(bǔ)油系統(tǒng)的改進(jìn)[J].化工機(jī)械,2001,28(1):38.

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od and improves the reconstruction precision. Comparing the classic soft and hard threshold algorithms with the improved algorithm shows that this improved algorithm has better de-noising effect, higher SNR and lower RMSE.

wavelet threshold de-noising, magnetic memory testing, weighted average method, soft and hard thresholds

李翔(1990-)，助理工程師，從事聚丙烯生產(chǎn)工作，790371576@qq.com。

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2016-11-30)