聚丙烯裝置第1環(huán)管反應(yīng)器壓力高原因分析及對策

張麗麗

（延安石油化工廠，陜西 延安727406）

延安某化工廠聚丙烯裝置采用第2代液相本體聚合工藝，設(shè)計年產(chǎn)聚丙烯粒料200 kt，年操作時間8 000 h。該工藝是將聚合級丙烯在催化劑的引發(fā)下，經(jīng)過預(yù)聚合后在雙環(huán)管反應(yīng)器中，將丙烯、氫氣、催化劑和助催化劑控制在一定的反應(yīng)條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)后的混合物經(jīng)閃蒸分離、汽蒸、干燥后將聚丙烯粉料通過氮氣輸送系統(tǒng)送至擠壓造粒工序，經(jīng)過擠壓造粒生產(chǎn)出聚丙烯粒料。

該裝置自2019 年3 月－7 月，第1 環(huán)管反應(yīng)器出現(xiàn)壓力頻繁升高現(xiàn)象，一旦控制不好，隨時有可能觸發(fā)聯(lián)鎖，從而導(dǎo)致裝置催化劑中斷甚至停工，嚴(yán)重危及著裝置的安全平穩(wěn)長周期運行。因此找出第1環(huán)管反應(yīng)器壓力頻繁偏高的原因及拿出應(yīng)對措施尤為重要。

1 環(huán)管反應(yīng)器工藝流程

工藝流程見圖1。

該裝置由2個環(huán)管反應(yīng)器串聯(lián)組成。經(jīng)過預(yù)聚合的催化劑與丙烯在第1環(huán)管反應(yīng)器中進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)物經(jīng)環(huán)管反應(yīng)器連接閥HV-249、帶連接（圖1 中粗線部分）后進(jìn)入第2 環(huán)管反應(yīng)器。在第2環(huán)管反應(yīng)器中丙烯繼續(xù)進(jìn)行聚合反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)環(huán)管反應(yīng)器出料閥LV-231 送入后續(xù)系統(tǒng)。環(huán)管系統(tǒng)的壓力控制是由調(diào)節(jié)進(jìn)入丙烯蒸發(fā)器E-203的氣化丙烯量來控制的。

圖1 環(huán)管反應(yīng)器流程Fig 1 loop reactors in polypropylene production

2 原因分析

2.1 給電子體的影響

給電子體（DONOR）是作為等規(guī)度調(diào)節(jié)劑與高效催化劑配合使用的。如果沒有給電子體，用高效催化劑進(jìn)行聚合會產(chǎn)生高含量無規(guī)聚合物。與等規(guī)物所不同的是，這種無規(guī)物（或稱橡膠組分）是黏度高，并能造成嚴(yán)重的輸送和質(zhì)量問題。但是產(chǎn)品中有少量的橡膠組分是必要的，這能防止產(chǎn)品發(fā)脆和提高抗沖強(qiáng)度，無規(guī)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般保持在1～4%（即等規(guī)度為96～99%），最終產(chǎn)品的無規(guī)物含量是通過調(diào)節(jié)給電子體的加入量來控制的。如果給電子體自身質(zhì)量或者加注比列出了問題，都會導(dǎo)致聚合物等規(guī)度降低、出現(xiàn)黏料，最終造成出料不暢、環(huán)管壓力升高。

經(jīng)對給電子體進(jìn)行排查，這一時期和上一時期用的是同一廠家、同一批次產(chǎn)品，要技術(shù)參數(shù)未發(fā)生改變，而且操作中嚴(yán)格按照控制比例進(jìn)行了加注，加之這一時期聚丙烯產(chǎn)品的等規(guī)度均控制在96%以上，符合要求，所以排除了這一因素的影響。

2.2 生產(chǎn)負(fù)荷的影響

由于丙烯原料不足，裝置自3月起一直處于低負(fù)荷運行，第1 環(huán)管反應(yīng)器丙烯進(jìn)料量平均只有19 t/h（裝置滿負(fù)荷時約為27 t/h），持續(xù)的低負(fù)荷運行造成第1環(huán)管反應(yīng)器出料帶連接內(nèi)物料流速降低，停留時間增長[1]。這樣就增加了反應(yīng)產(chǎn)物附著在帶連接管線內(nèi)壁及環(huán)管反應(yīng)器連接閥內(nèi)壁的可能性，而隨著附著物的逐漸變大，最終就造成第1環(huán)管反應(yīng)器出料受阻、壓力升高。

2.3 第1環(huán)管出料閥HV-249內(nèi)壁不光滑

自2009 年9 月開工以來，第1 環(huán)管出料閥HV-249只是在大修時進(jìn)行簡單的內(nèi)壁清理，沒有的拋光處理或者更換閥門，運行近10 年，閥門內(nèi)壁出現(xiàn)不光滑現(xiàn)象，反應(yīng)產(chǎn)物易附著，導(dǎo)致流通截面積變小，從而造成第1環(huán)管反應(yīng)器壓力偏高。

2.4 帶連接管線內(nèi)壁不光滑

裝置自開工以來運行近10 年時間，帶連接管線每次大修時均進(jìn)行清理，采取火烤+鋼絲球通球處理，比較簡單粗暴，在處理的同時也不同程度的傷害到管線內(nèi)壁，破壞了光滑度。這樣反應(yīng)產(chǎn)物更容易附著在不光滑處并長大，從而影響了第1環(huán)管反應(yīng)器的正常出料，造成反應(yīng)器壓力升高。

3 應(yīng)對措施

3.1 短期應(yīng)急措施

經(jīng)過分析在前原料不足的現(xiàn)狀下，在保證產(chǎn)品產(chǎn)量不變的情況下，適當(dāng)降低第1環(huán)管反應(yīng)器密度、提高第1環(huán)管反應(yīng)器進(jìn)料量是可行的。增加第1環(huán)管反應(yīng)器進(jìn)料丙烯量以保證帶連接流速，減少粉料在HV249 及帶連接處的附著長大，可有效降低第1環(huán)管反應(yīng)器壓力高的頻率。

該措施裝置開始實施后，第1環(huán)管反應(yīng)器出現(xiàn)壓力升高的頻次明顯降低。由之前的14次/月降到2～3 次/月，同時就第1 環(huán)管反應(yīng)器壓力升高制定了活動出料閥（HV-249）作業(yè)指導(dǎo)書，并下發(fā)、組織相關(guān)操作人員學(xué)習(xí)培訓(xùn)，要求其嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書操作，及時、準(zhǔn)確應(yīng)對壓力升高。

3.2 徹底解決措施

2020 年4 月份大修時，將HV-249 及帶連接管線進(jìn)行了徹底內(nèi)拋光處理，裝置5月底開工后，第1環(huán)反應(yīng)器壓力平穩(wěn)，未出現(xiàn)過壓力升高的現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

通過分析，找到了第1環(huán)管反應(yīng)器壓力頻繁升高的原因并采取了短期應(yīng)急措施及徹底解決措施，尤其大修對閥門和管線內(nèi)壁進(jìn)行拋光處理后，壓力高的問題得以徹底解決，裝置運行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，大大降低了內(nèi)外操的勞動強(qiáng)度，為聚丙烯裝置長周期平穩(wěn)運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。