PVC裝置機械消泡器設(shè)計與安裝中的技術(shù)問題分析

朱忠強

（上海惠緣能源科技有限公司，上海201199）

隨著進口乙烯價格的降低以及乙烯原料來源的多元化，未來幾年，國內(nèi)的乙烯法PVC 產(chǎn)能也將持續(xù)擴大，PVC 制備產(chǎn)能也會隨之?dāng)U大，在此基礎(chǔ)上相應(yīng)的乙烯法PVC 擴產(chǎn)項目中的消泡難題也成為企業(yè)需要著重處理的難點之一。聚氯乙烯是重要的化工原料，英文名為PVC。該原料是世界廣泛應(yīng)用的塑料基材，常用于石油化工、日用百貨、電纜管線、包裝材料、塑料制品、發(fā)泡材料、合成纖維等多元化的領(lǐng)域中。PVC 生產(chǎn)過程中因為對溫度、氣壓要求較高，所以在化工生產(chǎn)上需要壓力容器作為化學(xué)反應(yīng)的容器。PVC 的生產(chǎn)原料在容器中反應(yīng)會產(chǎn)生大量的氣體，這對于PVC 材料的合成是極為不利的，不僅影響反應(yīng)進行效率，同時對化工生產(chǎn)的安全也會造成較大的威脅，在此背景下開展PVC 的機械消泡作業(yè)就顯得尤為重要。

1 消泡器工作原理與結(jié)構(gòu)

本項目中的消泡指的是消除在PVC 工藝過程中所產(chǎn)生的泡沫。因為在加工生產(chǎn)上會涉及很多工藝流程，尤其這些工藝流程會因為化學(xué)反應(yīng)釋放出氣體，進而產(chǎn)生泡沫。泡沫的存在是各類反應(yīng)不可避免的產(chǎn)物，而有效地通過相關(guān)裝置對該類泡沫進行處理也是保障工藝進行的必要操作，這個過程非常重要。處理化工反應(yīng)的泡沫方式有很多種，最有效和經(jīng)濟的處理辦法可以通過物理或化學(xué)的方式進行?；瘜W(xué)方式除沫就是通過化學(xué)試劑來降低泡沫的成型，而物理方式除沫主要是采取機械的方式實現(xiàn)泡沫中液體、固體和氣體的分離。本文所涉及到的消泡器就是利用泡沫分離器在有限的容器空間進行消泡作業(yè)，不會對下游的工藝過程產(chǎn)生影響，機械消泡機的應(yīng)用可在消泡作業(yè)上保持很低的操作成本并且不用大量摻雜其他化學(xué)物質(zhì)。

消泡是提升產(chǎn)量的重要基礎(chǔ)。消泡器在PVC 工藝中主要去除的是泡沫物和PVC 粉料混合物中的VCM氣體，通過流體導(dǎo)向原理將系統(tǒng)中的泡沫有序地從回收系統(tǒng)中加以分離，進而使整個系統(tǒng)在循環(huán)的泡沫處理上不再重復(fù)使用VCM，保證了原料的純潔度。反應(yīng)過程中，外來液體分離的原因在于容器的能力不能有效地承受該類介質(zhì)的持續(xù)分離，而使得發(fā)生聚合反應(yīng)的四個聚合釜中均出現(xiàn)了空罐狀態(tài)。在該消泡工藝中，從罐一的出口一直連接到回收體系中，機械消泡器都能有效地提純到VCM氣體。消泡提純流程如圖1 所示。消泡器有兩種常見的結(jié)構(gòu)，分別為皮帶傳動機械消泡器和直聯(lián)式機械消泡器，如下圖2所示。

圖1 VCM 消泡提純流程示意圖

圖2 不同結(jié)構(gòu)機械消泡器

2 項目概況

隨著經(jīng)濟全球化的推進，國內(nèi)乙烯法PVC產(chǎn)能也在持續(xù)擴張，這里分為兩個主要原因，一方面是乙烯產(chǎn)能在持續(xù)增加且原料來源的多元化。另一方面是國際乙烯供給的寬松度使得進口乙烯價格降低，國內(nèi)乙烯進口原料價格得以進一步降低。該項目就是針對在解決乙烯原料供應(yīng)基礎(chǔ)上的后續(xù)加工產(chǎn)生的泡沫問題，有效地降低泡沫，對于提升生產(chǎn)效能是極為關(guān)鍵的。本文主要研究的是PVC裝置機械消泡器，通過該機械可以實現(xiàn)液氣的有效分離，保障化工生產(chǎn)安全高效進行。該機械裝置安裝在反應(yīng)罐的頂部，通過高速旋轉(zhuǎn)的渦輪離心力實現(xiàn)泡沫的有效分離，分離結(jié)束時通過導(dǎo)氣管將原有的泡沫中固體、液體以及氣體進行有效分離，消泡器的作用就是將氣體單獨通過導(dǎo)出管的端口排出，固體和液體則是利用離心分離的原理使其重新返回原來的母液之中重新參與反應(yīng)。

3 技術(shù)問題與解決方案

3.1 設(shè)備選型

設(shè)備選型要基于設(shè)備的功能性來評價，選擇合適型號的設(shè)備不僅可以有效滿足使用需求、提升效率，同時可以最大程度地降低設(shè)備的費用。消泡器的選型，首先要根據(jù)設(shè)備所處的環(huán)境進行預(yù)選，本項目中主要考慮使用地的氣候條件，如溫度、風(fēng)速等，明確外界的基本環(huán)境狀態(tài)，確保當(dāng)?shù)貧v年的外界溫度與風(fēng)速滿足消泡外機的安裝要求。選型時還要注意純水的電導(dǎo)率以及各類化合物與金屬離子的含量，明確事前狀態(tài)對于整個系統(tǒng)在經(jīng)過消泡作業(yè)后進行對照評價是非常重要的；除上述安裝條件外，需要考慮的內(nèi)容還包括聚合循環(huán)水的給水與回水壓力和溫度屬性、供電條件等。設(shè)備的選型還要重點考察消泡效能，使用中往往出現(xiàn)消泡性能無法滿足實際工程需要。消泡機工作狀態(tài)中可能會因為溫度、重量、流量以及壓力不達標(biāo)而使設(shè)備性能沒有充分地被展示出來。對于該類問題，要在設(shè)備選擇前將設(shè)備工作狀態(tài)與產(chǎn)品的特征進行對照，明確各類設(shè)計工作中的狀態(tài)參數(shù)，力求在使用中最大化設(shè)備工作效能。選型時根據(jù)設(shè)備對應(yīng)的接口尺寸考察特征尺寸對接，明確諸如連接法蘭、快速轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)接頭、機械密封膠的尺寸與形式，保證設(shè)備選型的更換以及安裝調(diào)試的對接準(zhǔn)確性。

3.2 振動問題

振動問題是消泡器運行過程中的一大隱患。尤其考慮到消泡器工作時，機械消泡電機在運動的轉(zhuǎn)臺下本身就會產(chǎn)生較大的共振頻率，在此狀態(tài)下也較容易因為工作頻率與機械設(shè)備的固有頻率相互接近而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。振動問題的表現(xiàn)形式不僅會影響到整個消泡器的消泡效率，也會對整個系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生較大的威脅。因此需要對消泡器進行結(jié)構(gòu)或者特征的優(yōu)化，使整個系統(tǒng)的振動問題可以得到緩解并進一步降低風(fēng)險。關(guān)于振動問題的存在可以從多個方面進行改良，例如質(zhì)量方面可通過增加機械部件配件的質(zhì)量，使系統(tǒng)部件的固有頻率發(fā)生改變，這種狀況往往是因增加了固有頻率從而規(guī)避問題的出現(xiàn)；再者可通過優(yōu)化機械內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征，進而改善部件的振動頻率特性，使機械系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)固有頻率發(fā)生改變，不與工作中的共振頻率重合，降低整個系統(tǒng)的振動，實現(xiàn)良好運行。本項目的安裝要求并不是垂直安裝在罐的頂部中心位置，而是傾斜在罐頂部側(cè)向安裝的，所以對避免振動的要求更高。以往的案例中就遇到了由于振動問題引起機械密封損壞，液力耦合器爆破的情況。

3.3 使用壽命

使用壽命問題實質(zhì)是疲勞問題，機械運轉(zhuǎn)過程中，系統(tǒng)的良好運行是建立在各部件都正常運轉(zhuǎn)的前提下的。消泡時如果某一零件發(fā)生失效，就難免會使整個系統(tǒng)的工作出現(xiàn)偏差。零件失效往往會表現(xiàn)在材料斷裂、疲勞時效上來，零件斷裂所引發(fā)的使用壽命問題主要是由于零件結(jié)構(gòu)使用上存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得在長期的消泡循環(huán)作業(yè)中出現(xiàn)應(yīng)力疲勞，再結(jié)合材料所不具備良好的工程塑形而發(fā)生脆斷，使消泡作業(yè)難以持續(xù)進行。疲勞失效問題是指零件在循環(huán)使用的過程中會因為部件受到固有間隙力的作用，使部件在循環(huán)過程中出現(xiàn)破損，并且破損點會隨著設(shè)備的運行而破口不斷擴大，最終整個系統(tǒng)的壽命受到較大的影響，出現(xiàn)損壞，影響使用壽命。對于使用壽命問題，要在平時做好維護維修處理，保障設(shè)備的良好狀態(tài)，切實對系統(tǒng)的運行狀態(tài)加以實時記錄，對設(shè)備的易磨損件要定期保養(yǎng)與維護，確保全體部件的使用壽命可以滿足消泡的要求。

4 消泡器性能評價

對消泡器的性能評價，首先是罐體的物料和壓力描述，整個消泡過程中物料量是流量的變動參數(shù)，壓力是內(nèi)部狀態(tài)的反應(yīng)變化參數(shù)。實際工作中的流量也是從最大的含量逐步降低的，壓力最初是6bar，隨著消泡作業(yè)的進行而減小，甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)壓的狀況。對這種情況，該機械消泡器也會在不穩(wěn)定的流量狀態(tài)下進行連續(xù)性的工作，隨著時間的延長，分離的氣體量也在不斷發(fā)生變化，相應(yīng)的固體量也與之相適應(yīng)的產(chǎn)生變化，這種持續(xù)變化的規(guī)律往往會使這類設(shè)備選型存在諸多的不確定性風(fēng)險。對于消泡機的這種連續(xù)性參數(shù)變化，結(jié)合實際情況，可以采取正常最大值進行選型，通常在提升以往型號的基礎(chǔ)上進行參數(shù)選擇，從而達到多種工況下機械除泡沫的實際效果。消泡器的選擇與技術(shù)主要是結(jié)合法國KEM ONE 的專利技術(shù)來實現(xiàn)的，該技術(shù)在實踐中的壓力循環(huán)與進出口液氣分離同國內(nèi)及國際上其他工藝技術(shù)相對比，存在著很大的泡沫處理方面的區(qū)別，導(dǎo)致這種設(shè)備非常特殊的應(yīng)用，可為后續(xù)的PVC技術(shù)發(fā)展帶來一定的指導(dǎo)作用。采用該設(shè)備雖然一次投入會比較大，但是從長期來看對產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量的提高都有重要的意義。該設(shè)備對比行業(yè)同類產(chǎn)品有著運行平穩(wěn)，故障率低的特點，可以有效確保整個PVC裝置的連續(xù)生產(chǎn)運行。從該設(shè)備運行效果來看，在連續(xù)運行的10 年時間里保持了穩(wěn)定性和極低的故障率，得到了各方廣泛的認(rèn)可。

結(jié)束語

本文就先進的PVC消泡技術(shù)展開分析，針對PVC 材料生產(chǎn)中的消泡機械進行論述，對該裝置在行業(yè)中的應(yīng)用做分析，實踐證明相對于傳統(tǒng)PVC 生產(chǎn)工藝過程中采用的其他消除泡沫的方法而言，引進自法國的PVC技術(shù)帶來了新的工藝思路和方法，對提升PVC產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能都有著積極的意義。本文所述PVC消泡技術(shù)具有較高的經(jīng)濟性，較低的故障性，可為未來PVC生產(chǎn)提供有力的借鑒。