熔體儀表在聚碳酸酯項目中的應(yīng)用

鄭 瑜

（上海緯縱化工工程咨詢有限公司，上海 201906）

0 引言

聚碳酸酯也叫（Polycarbonate）常用縮寫PC，是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯耐弱酸、耐弱堿、耐中性油，不耐紫外光，無色透明、耐熱、抗沖擊，阻燃BI級。PC是幾乎無色的玻璃態(tài)的無定形聚合物，有很好的光學(xué)性。PC高分子量樹脂有很高的韌性，有較好的耐水解性，但不能用于重復(fù)經(jīng)受高壓蒸汽的制品。主要性能缺陷是耐水解穩(wěn)定性不夠高，對缺口敏感，耐有機化學(xué)品性，耐刮痕性較差，長期暴露于紫外線中會發(fā)黃，和其他樹脂一樣，容易受某些有機溶劑的浸濁[1]。

根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型[1]。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲得了工業(yè)化生產(chǎn)。由于聚碳酸酯結(jié)構(gòu)上的特殊性，現(xiàn)已成為5大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料[2]，給日常生活、研究帶來很大用處，不管是在吃、住、看病等發(fā)面，還是在一些新的材料的研發(fā)，都是不可缺的。

根據(jù)用途，聚碳酸酯可分為防靜電PC，導(dǎo)電PC，加纖防火PC，抗紫外線耐候PC，食品級PC，抗化學(xué)性PC[1]。

根據(jù)合成工藝，主要有溶液光氣法、酯交換熔融縮聚法、界面縮聚光氣法、非光氣酯交換熔融縮聚法4種：1）酯交換法：以苯酚為原料，經(jīng)界面光氣化反應(yīng)制備碳酸二苯酯。碳酸二苯酯再在催化劑、添加劑等存在下與雙酚A進行酯交換反應(yīng)得到低聚物，進一步縮聚得到PC產(chǎn)品；2）溶液光氣法：將光氣引入含雙酚A和酸接受劑的二氯甲烷溶劑中反應(yīng)，然后將聚合物從溶液中分出；3）界面光氣法：先由雙酚A與50%氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成雙酚A鈉鹽，送入光氣化反應(yīng)釜，以二氯甲烷為溶劑，通入光氣，使其在界面上與雙酚A鈉鹽反應(yīng)生成低分子聚碳酸酯，然后縮聚為高分子聚碳酸酯。反應(yīng)在常壓下進行，一般采用三乙胺作催化劑?？s聚反應(yīng)后分離的物料、離心母液、二氯甲烷及鹽酸等均需回收利用；4）非光氣熔融法：非光氣法工藝于1993年研究成功，并由GE塑料公司率先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。首先，以甲醇羰基化法或碳酸乙烯酯（或碳酸丙烯酯）與甲醇酯交換生產(chǎn)碳酸二甲酯（DMC）；再與醋酸苯酯交換生成碳酸二苯酯（DP），然后在熔融狀態(tài)下與雙酚A進行酯交換、縮聚制得PC產(chǎn)品[3]。

非光氣法生產(chǎn)聚碳酸酯過程中，在聚合物反應(yīng)過程有因物料高溫、高粘度，一般性的儀表無法使用，所以需要采用熔體儀表，并對非光氣法生產(chǎn)聚碳酸酯過程中采用的熔體儀表做了介紹和特性分析，包括熔體溫度儀表、熔體壓力儀表、熔體閥門儀表、分析儀表。

1 溫度儀表

高溫熔體溫度傳感器是特別為聚合物設(shè)計的，主要應(yīng)用于橡膠、塑料和化纖等聚合行業(yè)。通過其測溫部分直接與高溫、高壓熔體接觸來測量熔體溫度。因此，傳感器具有耐高壓的高強度結(jié)構(gòu)特性。

高溫熔體溫度傳感器是全密封結(jié)構(gòu)，帶1/2-20UNF-2A螺紋，適合于安裝在標(biāo)準(zhǔn)傳感器安裝孔中，探頭形式可選擇船型或平頭。船型式熱電偶或熱電阻是獨特的船型設(shè)計，可以有效減少在熔體中的摩擦，提升產(chǎn)品測量精度?？稍?00MPA的熔體壓力下正常工作?？蛇x擇熱電偶（J,L,K）和熱電阻（單支三線PT100，雙支三線PT100），測量范圍為（0～350）℃。溫度傳感器部分防護等級可達到IP65，可選擇在ATEX區(qū)域應(yīng)用。常規(guī)采用316/316L不銹鋼材質(zhì)。

熔體溫度傳感器的尺寸見圖1。

高溫熔體溫度傳感器安裝不同于一般的溫度傳感器，需要隨溫度傳感器配置專用的安裝底座，管道上需要根據(jù)安裝底座的尺寸預(yù)留安裝孔。

2 壓力儀表

圖1 熔體溫度傳感器尺寸圖Fig.1 Melt temperature Sensor size diagram

高溫熔體壓力傳感器的工作原理是介質(zhì)的壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這個壓力的標(biāo)準(zhǔn)信號。

高溫熔體壓力變送器，是用于危險區(qū)域的智能的帶4mA～20mA，帶Hart協(xié)議的壓力變送器，輸出直接與DCS或PLC連接。精度：±0.25%。高溫熔體壓力變送器是全密封結(jié)構(gòu)，帶1/2-20UNF-2A螺紋，適合于安裝在標(biāo)準(zhǔn)傳感器安裝孔中。任選的熱電偶或熱電阻可測量溫度，具有防爆認證適用于1級，I分級，Groups A，B，C & D級。帶防爆認證的型號只能提供導(dǎo)線式連接（不能選6針接頭方式）。符合ATEX/本質(zhì)安全認證 II 1 G 100a Eex ia IIC，0區(qū)和 1區(qū)。這種ATEX/本質(zhì)安全型號即可提供導(dǎo)線式連接也可提供密封的6針接頭方式連接，帶專用電纜5m。熔體壓力變送器尺寸圖見圖2。

高溫熔體壓力變送器安裝不同于一般的壓力變送器，需要隨高溫熔體壓力變送器配置專用的安裝底座，管道上需要根據(jù)安裝底座的尺寸預(yù)留安裝孔。

傳感器的膜片是最容易損壞的部位，在安裝之前請不要隨意脫落其保護帽，同時在安裝同時要注意保護傳感器的膜片。安裝孔的加工要根據(jù)安裝孔尺寸圖及尺寸表的技術(shù)要求加工，避免因安裝孔不標(biāo)準(zhǔn)引起的膜片擦傷影響傳感器正常工作。只有當(dāng)聚合物成灼熱的熔融狀態(tài)下才能拆下傳感器，拆下后立即用軟布將傳感器探頭膜片擦凈。

因為聚合物高粘度的關(guān)系，需要配專用的清理工具，1/2-20UNF-2A清理工具，還需要配置1/2堵頭。

3 閥門儀表

3.1 Y型夾套熔體調(diào)節(jié)閥

技術(shù)要求：

1）閥芯、閥座：SS316L。

2）閥體：SS316L。

3）執(zhí)行機構(gòu)：氣動薄膜式。

圖2 熔體壓力變送器尺寸圖Fig.2 Melt pressure transmitter dimension diagram

4）拋光：閥門內(nèi)表面處理Ra=0.8μm。

5）閥門與管道連接的法蘭（外管）需帶頸對焊法蘭。

3.2 全夾套60°控制角閥

技術(shù)要求：

1）閥芯、閥座：SS316L。

2）閥體：SS316L。

3）執(zhí)行機構(gòu)：氣動薄膜式。

4）拋光：閥門內(nèi)表面處理Ra=0.8μm。

5）閥門與管道連接的法蘭（外管）需帶頸對焊法蘭。

6）密封形式：波紋管或真空支架。

3.3 電動注入閥

技術(shù)要求：

1）閥芯、閥座：SS316L+STL。

2）閥體：A351 CF3M。

3）執(zhí)行機構(gòu)：220VAC電動開關(guān)型。

4）拋光：Ra 12.5 max。

5）催化劑注入口：電動/手動操作；45°插入，與閥門本體物料順流方向，不要對沖。

6）廠家提供開控制信號、關(guān)控制信號、開狀態(tài)信號、關(guān)狀態(tài)信號、遠程/就地控制信號，并接入DCS系統(tǒng)。

3.4 電動三通閥

技術(shù)要求：“Y”type全夾套三通閥。

1）閥芯、閥座：SS321。

2）閥體：SS321。

3）執(zhí)行機構(gòu)：380VAC電動開關(guān)型。

4）拋光：Ra 1 max。

5）出口：2個聚合物出口，電動/手動操作；出口角度為45°。

6）廠家提供開控制信號、關(guān)控制信號、開狀態(tài)信號、關(guān)狀態(tài)信號、遠程/就地控制信號，并接入DCS系統(tǒng)。

4 分析儀表

圖3 裝在一個彎形管道中的TOV粘度計圖Fig.3 TOV viscometer diagram in a curved pipe

粘度控制裝置——扭轉(zhuǎn)式振動粘度計，用途：在線檢測PC熔體的粘度，包括TOV探頭和TOV轉(zhuǎn)換器。探頭包含粘度探頭和溫度探頭，RTD傳感器（雙高精度白金撓阻RTD傳感器2根/套）。轉(zhuǎn)換器安裝在控制室，用戶提供220VAC-60/50HZ的電源，在轉(zhuǎn)換器內(nèi)裝好變壓器，把用戶220V-50/60Hz變壓為110V-50/60Hz。轉(zhuǎn)換器4mA～20mA隔離信號輸出：1）補償特性粘度；2）非補償特性粘度；3）補償溫度；4）非補償溫度。壓力補償，需要用戶自裝“熔體壓力變送器”，取壓力傳感訊號4mA～20mA至TOV轉(zhuǎn)換器，用于壓力補償。

TOV探頭的安裝方式有：“T”形安裝法（即安裝在直管上），“L”形安裝法（即安裝在彎頭上）?！癓”形安裝法，管道需根據(jù)廠家的三通制造圖，預(yù)制好三通，便于探頭安裝。要嚴格按圖紙上精度制造三通，對安裝探頭的孔經(jīng)尺寸偏差，建議采用孔經(jīng)尺寸的正偏差。焊接時要先裝上盲板，以防加熱變形。三通焊接時，注意方向即探頭迎著熔體方向，TOV探頭一定是水平安裝。為便于安裝探頭，在三通安裝前方要有0.8m的安裝空間。靜態(tài)混合器采用1個4～6單元?；旌掀餮b在探頭前，裝在一個彎形管道中的TOV粘度計見圖3。

因為TOV探頭傳至轉(zhuǎn)換器的信號，是毫伏級電信號，所以探頭與轉(zhuǎn)換器之間的電纜是：電纜規(guī)格為Beldem#8770號線，3芯1層屏蔽的標(biāo)準(zhǔn)18#線，由廠家提供。每臺TOV有3根3芯屏蔽電纜從探頭接線盒一直接到轉(zhuǎn)換器端子上，中間不能有接頭，3根電纜要分3根管單獨穿管，最好是一根電纜穿一根管徑20mm的管，電纜長度在30m以上者，請一定分3根管。如電纜長度小于30m者，3根電纜可以合穿一根管，但希望管道內(nèi)經(jīng)要大于30mm。管與管之間用管件連接密封好（不要用塑料軟管連接）。

放轉(zhuǎn)換器的機柜單獨設(shè)柜，機柜不要靠近其他機柜。TOV機柜與地板鋼架應(yīng)絕緣，機柜與鋼架之間要墊一塊絕緣板，機柜和鋼架之間用塑料螺栓固定。TOV系統(tǒng)要單獨接地，接地電阻≤1Ω，無強電干擾信號。

5 結(jié)束語

應(yīng)該從工藝選擇、設(shè)計、選型、采購、施工、運行及維護等環(huán)節(jié)高度重視聚碳酸酯項目的熔體儀表，發(fā)揮好儀表的作用，保證聚碳酸酯項目安全生產(chǎn)、長周期穩(wěn)定運行。