聚丙烯裝置流化床干燥器漏料原因分析與改進

周 峰

（中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司）

某石化企業(yè)聚丙烯裝置采用中石化第二代環(huán)管PP 工藝技術(shù)，設(shè)計產(chǎn)能為300 kt/a，于2010年2 月投產(chǎn)。 粉料干燥是裝置的重要工藝環(huán)節(jié)，干燥效果不僅影響粉料輸送和造粒機穩(wěn)定運行，還可能造成產(chǎn)品質(zhì)量問題。 筆者針對某石化企業(yè)聚丙烯裝置流化床干燥器D502 運行中出現(xiàn)的問題，分析了可能的原因，并結(jié)合實際工況提出了后續(xù)改進措施。

1 聚丙烯粉料流化床干燥器

聚丙烯粉料流化床干燥器為立式圓筒形流化床干燥器，其特點是干燥器內(nèi)部設(shè)有下料中心筒和環(huán)形氣流分布板，使聚丙烯粉料在循環(huán)氣的帶動下在干燥器內(nèi)充分流化并沿順時針方向移動，增加了物料在流化床內(nèi)的停留時間，確保了干燥質(zhì)量［1］。 環(huán)形氣流分布板的設(shè)計形式?jīng)Q定了流化床干燥器的工藝性能。 某石化企業(yè)聚丙烯裝置流化床干燥器D502 環(huán)形分布板由12 塊扇形格柵板組成，其中第1、2 塊分布板位于粉料進料口下方， 第11、12 塊分布板正對中心筒的缺口。每塊扇形格柵板上布滿了沖壓成型的舌形孔，開口方向如圖1 中箭頭所示， 第1～10 塊分布板舌形孔開口方向與中心筒呈切線方向，用于推動粉料沿中心筒移動；第11、12 塊分布板舌形孔朝圓心方向開孔，用于推動粉料朝中心筒下料。

圖1 流化床干燥器和分布板示意圖

2 流化床干燥器D502 運行中存在的問題

自2010 年裝置開工以來，干燥器D502 各項參數(shù)運行正常，直至2016 年開始陸續(xù)出現(xiàn)問題。其中2016 年7 月因分布板斷裂， 裝置短停消缺更換4 塊分布板（由于沒有備件而臨時借用園區(qū)其他企業(yè)同類干燥器分布板）；2017 年9 月因分布板大面積坍塌， 裝置短停消缺更換整套分布板；2018 年5 月裝置大修期間考慮到分布板強度問題， 聯(lián)合廠家更換整套加強改造的分布板，即將扇形分布板由平面無折邊結(jié)構(gòu)改為導(dǎo)向折邊結(jié)構(gòu)， 并增加徑向支撐梁；2019 年1 月因分布板出現(xiàn)連續(xù)漏粉料現(xiàn)象，裝置短停檢查發(fā)現(xiàn)分布板上存在粉料堆積且第4 塊分布板舌形孔偏小，做整體更換處理；2019 年5 月又出現(xiàn)了連續(xù)漏料，監(jiān)護運行。

2020 年4 月裝置短停消缺檢查發(fā)現(xiàn)第1～6塊分布板嚴(yán)重積料， 并且漏料已在干燥器D502底部嚴(yán)重堆積（圖2）。 對分布板上、下積料袋清理，并用高壓水槍疏通部分堵塞的舌形孔，檢查確認(rèn)分布板及其他內(nèi)件正常。 第4 塊分布板拆卸過程因固定螺母損壞，單獨更換備件。 4 月7～13日裝置完成短停消缺，4 月14 日重新恢復(fù)運行后發(fā)現(xiàn)D502 分布板漏料量維持在每天1 kg， 分布板壓差緩慢升高，5 月8 日提高循環(huán)氣流量后，分布板壓差急劇升高，5 月9 日開始分布板泄漏量擴大至每天100 kg 左右。

圖2 分布板及D502 底部積料情況

2.1 聚丙烯粉料牌號對流化床干燥器的運行影響

2.1.1 分布板積料組成分析

2020 年4 月裝置消缺期， 打開D502 人孔發(fā)現(xiàn)分布板上堆積的粉料從進料口下方的第1 塊分布板到第6 塊分布板呈坡度依次減少，積料性質(zhì)與2019 年1 月消缺情況相似，稍粘結(jié)（手可捏碎），在靠近中心筒等部位有大塊粘結(jié)料。 為跟蹤分析粉料性質(zhì)、 新產(chǎn)品開發(fā)與分布板積料的關(guān)系，在不同堆積高度和特定位置共采集代表性樣品18 個，委托北化院分析。 從北化院紅外分析結(jié)果（表1）看，積料熔指分布廣，沒有特定規(guī)律。 橡膠相乙烯含量均大于40 wt%，部分塊料橡膠含量偏高，易發(fā)粘。

表1 D502 分布板積料北化院分析結(jié)果

（續(xù)表1）

2.1.2 聚丙烯粉料粒徑分布影響分析

粉料的粒徑分布直接影響干燥器流化工況，表2 為裝置不同牌號聚丙烯粉料粒徑分布情況，粉料的粒徑分布除了與牌號有關(guān)外，還受催化劑粒徑的影響。2018 年大修以后裝置催化劑以國產(chǎn)DQC-602 為主， 部分牌號使用進口ZN-118 催化劑或國產(chǎn)HR 催化劑。粉料粒徑分布差異不大，差別主要集中在粒徑0.45～1.00 mm 區(qū)間含量。

表2 不同牌號聚丙烯粉料粒徑分布

跟蹤收集干燥器D502 分布板漏料形態(tài) （圖3）， 發(fā)現(xiàn)漏料的主要粒徑范圍在1.5～2.0 mm 之間，說明分布板漏料與聚丙烯粉料的粒徑分布沒有直接相關(guān)性。聯(lián)系干燥器原設(shè)計單位對現(xiàn)有粒徑分布的粉料流化工況進行復(fù)核：當(dāng)流化床干燥器循環(huán)氣流量控制在12 000～25 000 kg/h 之間時，流化狀態(tài)比較好。 此外，循環(huán)氣流量不足會導(dǎo)致流化床內(nèi)流速和分布板孔內(nèi)流速偏低、氣相動能小和流化效果變差， 這些均有可能造成漏料。

圖3 分布板漏料形態(tài)

2.1.3 聚丙烯粉料流動性影響分析

粉料的流動性可能會影響粉料在環(huán)形分布板上的移動。 由表3 可知，各牌號粉料的流動性和揮發(fā)分含量差別不大。 其中2018 年大修后新開發(fā)的高光澤抗沖聚丙烯A 的幾次排產(chǎn)（2018 年9 月首次排產(chǎn)，2019 年3 月第2 次排產(chǎn)）在時間上與干燥器分布板漏料存在相關(guān)性。 但對比歷次排產(chǎn)粉料分析數(shù)據(jù)，A 牌號粉料流動性要優(yōu)于其他牌號。

表3 不同牌號聚丙烯粉料流動特性

2.2 分布板設(shè)計形式對流化床干燥器的運行影響

分布板的設(shè)計要點除了要與裝置生產(chǎn)負(fù)荷相匹配的尺寸外，還有每塊分布板上氣流分布孔的數(shù)量和大小。 由于設(shè)備廠家未提供分布板舌形氣流孔的詳細(xì)設(shè)計參數(shù)，2016 年以來的幾次故障更換處理過程也未保留實測數(shù)據(jù)，只能通過對比干燥器開工初期空床壓差數(shù)據(jù)來推測分布板在設(shè)計形式上有無偏差。

2.2.1 干燥器歷年空床運行參數(shù)分析

通過收集干燥器D502 歷年開工初期運行參數(shù)（表4），發(fā)現(xiàn)在相似循環(huán)氣量條件下，從2018年分布板加強改造整體更換后，空床壓差有一個明顯突降，說明改造前后分布板的開孔率發(fā)生了變化。 根據(jù)2016 年8 月第1 次分布板斷裂現(xiàn)場檢修照片來看，目測改造前后舌形孔數(shù)量沒有大的變化， 單塊分布板的開孔數(shù)量分別為565、540個，推測開孔間距都是25 mm。

表4 干燥器D502 歷年空床運行參數(shù)

對比行業(yè)內(nèi)同類型粉料流化床干燥器空床運行參數(shù)（表5），發(fā)現(xiàn)空床工況下開孔率和空床壓差也存在相同規(guī)律。2016 年8 月流化床干燥器D502 第1 次發(fā)生分布板斷裂， 由于沒有備件只能緊急借調(diào)項目B 的分布板進行更換，據(jù)此可以推測2018 年改造前D502 分布板舌形孔的尺寸應(yīng)該和項目B 的尺寸一樣，即孔寬4 mm，孔高2.0 mm。

表5 同類型干燥器空床運行參數(shù)

2.2.2 干燥器分布板漏料原因分析

結(jié)合干燥器空床運行數(shù)據(jù)推測，2018 年針對分布板的結(jié)構(gòu)加強改造過程可能由于設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)出現(xiàn)的偏差導(dǎo)致改造后分布板舌形孔寬度從4 mm 變?yōu)? mm， 在原有的操作氣量條件下，舌形孔氣速不夠，粉料流化效果變差，造成漏料。持續(xù)的進料因流化不完全，除一部分漏料外，另一部分在分布板上層逐漸堆積形成積料。 分布板積料使循環(huán)氣流通阻力增加， 入口壓力升高。為保護羅茨風(fēng)機不超負(fù)荷， 只能調(diào)低循環(huán)氣量，流化效果變得更差，持續(xù)反復(fù)，漏料和積料現(xiàn)象加劇，工況持續(xù)惡化。

3 干燥器運行特護及改造優(yōu)化

3.1 干燥器的運行特護

在裝置不停工處理的前提下，考慮到干燥器分布板目前已經(jīng)存在積料和漏料的情況，為繼續(xù)維持聚丙烯粉料干燥效果以滿足下游造粒單元的工藝需求，討論實施運行特護：一是清理減少分布板上積聚的粉料；二是提高循環(huán)風(fēng)量改善流化工況。

3.1.1 定期清理分布板積料

經(jīng)設(shè)備廠家確認(rèn)在流化床干燥器D502 罐體沿分布板圓周帶壓開設(shè)4 個DN25 mm 的吹掃孔（圖4），并配置氮氣臨時管線。根據(jù)分布板壓差和運行工況， 定期利用氮氣反吹分布板上積聚的物料。

圖4 分布板積料吹掃孔示意圖

3.1.2 循環(huán)風(fēng)機擴能

為匹配當(dāng)前分布板的適宜操作氣量，改善粉料流化工況，需要進一步提高舌形孔氣速。 由于在當(dāng)前分布板積料工況下，循環(huán)羅茨風(fēng)機電流隨著出口壓力升高而上升，電機功率受限，無法提高循環(huán)風(fēng)量。 經(jīng)過專業(yè)評估將備用循環(huán)風(fēng)機的功率由220 kW 提升至280 kW，過載電流從31 A 提高到40 A， 從而使循環(huán)風(fēng)量有充足的調(diào)節(jié)余量?？梢岳醚b置生產(chǎn)牌號切換間隙，投用氣相共聚反應(yīng)器的窗口期，有計劃地提高循環(huán)風(fēng)量，減少分布板積料。

3.2 干燥器的改造優(yōu)化

3.2.1 分布板設(shè)計形式優(yōu)化

雖然自2018 年大修后開始， 干燥器D502分布板頻繁出現(xiàn)積料和漏料的問題， 但仍然可以維持造粒單元正常運行。 其中最長一次從2019 年5 月出現(xiàn)連續(xù)漏料，監(jiān)護運行到2020 年4 月裝置短停消缺，期間未發(fā)現(xiàn)因粉料干燥效果不佳影響裝置生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。 現(xiàn)有干燥器的設(shè)計余量偏大， 即使近一半的分布板存在積料也能滿足基本生產(chǎn)需求。 后續(xù)將繼續(xù)和廠家開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)， 在保證粉料干燥效果的基礎(chǔ)上盡量減少循環(huán)風(fēng)量，節(jié)省風(fēng)機電耗，降低細(xì)粉夾帶消耗。

3.2.2 干燥器內(nèi)件優(yōu)化

從聚合物粉料在干燥器內(nèi)的堆積形態(tài)分析，分布板上的積料從干燥器進料口下方的第1、2塊分布板開始。 這主要跟集中進料和粉料的潮濕程度有關(guān)， 可以在進料管線出口設(shè)置進料緩沖板，減緩對第1、2 塊分布板造成的沖擊。 另外，最好對循環(huán)風(fēng)入口管線加裝氣流分布器，防止在罐底存在氣流死區(qū)，導(dǎo)致從分布板漏下的聚合物積聚。

4 結(jié)束語

粉料流化床干燥器是影響聚丙烯裝置長周期穩(wěn)定運行和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，但其結(jié)構(gòu)和運行原理相對簡單，只要有足夠的循環(huán)風(fēng)量維持干燥器內(nèi)的粉料處于正常流化狀態(tài)，就可以防止分布板上堆積粉料。 裝置通過日常特護措施維持積料干燥器繼續(xù)運行， 在2021 年8 月更換了新分布板，并重點加強了分布板制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)管， 重新投入運行后干燥器分布板壓差恢復(fù)正常，再未出現(xiàn)分布板漏料。