摘要：本文主要从流化床工作原理，操作参数等方面研究了聚乙烯反应的飞温现象。聚乙烯流化床在反应生产的过程中，有很多影响操作的参数，最主要的就是反应控制，使之能平稳安全的连续的进行生产，创造更多的经济效益。聚乙烯生产是一个强烈的放热反应，及时的转移反应时放出的热量是一个至关重要的问题。如果转移不及时，反应温度迅速上升，温度超过其设定值，超出控制范围，最终导致反应器飞温。进而反应器停车。所以，研究流化床反应器飞温现象对我们的平稳生产有重要的指导作用。
关键词：飞温；流化床；聚乙烯
1、工艺描述
BP气相法流化床工艺PE 装置反应系统由反应器、循环气压缩机和循环气冷却器组成。聚合反应在压力1.9～2.1MPa和温度84～100℃的条件下进行，气相反应物（乙烯、共聚单体、氢气的混合物）与预聚物连续加入到流化床反应器内生成的聚合物粉料周期性的排出。聚合反应生成的热量通过循环气由循环气冷却器除去。
2、飞温
流化床反应器中进行强放热反应时，反应器轴向温度分布存在一个最大点，即热点。在一定区域内，由于1个或多个操作参数的微小变化，会导致热点温度发生巨大变化，这种现象称为飞温。反应器一旦发生飞温，对转化率、选择性以及生产效率等都有不良影响。严重时会造成反应器爆聚，反应器爆聚后，只能停工处理，清理起来十分困难。将会造成巨大的经济损失。因此，飞温的控制是流化床反应器操作中极关键的控制点之一，对反应系统参数敏感性的研究，实质上就是从理论上揭示出流化床反应器安全操作范围，使之由于温度升高引起的不良后果能在反应器爆聚前避免。由此可见，研究反应系统参数是解决流化床反应器飞温的最根本问题。影响反应温度的主要参数有：乙烯进料量（FIC390），预聚物进料量（SIC350）、抽出量（LIC420）、流化速度（VF1）、循环冷却水流量（FIC403/FIC402、FIC405/406）等参数。
3、流化床中传热的初步分析
3.1分析一下流化床温度均匀和传热速率高的原因，主要是由于：
1）气体的湍流运动和固体颗粒的快速循环运动，使气固之间以及床层和换热面之间的气膜受到扰动并使膜厚变薄。这层气膜是传热的主要阻力，故气膜受到扰动和变薄，热阻就小了，也即换热系数的数值增大了，所以传热速率就高。
2）在流化床中的固体颗粒比在固定床中的要小得多，因而单位体积床层中固体的表面积很大，也就是气固接触面大，使传热速率大为提高。
3）床层中固体颗粒群的热容量很大，与不含固体的单相气体比较，温度变化的幅度要小得多。
4）直接参与传热过程的气、固两相，在床层中剧烈搅动与返混，固体颗粒之间又相互碰撞传导热量，使床层温度迅速达到均匀一致。
3.2流化床中传热过程可以分为二个部分：
1）固体颗粒之间的热量传递；
2）固体颗粒与流体之间的换热；
3.3现将上述二种情况初步分析如下：
1）固休颗粒之间的热量传递。由于颗粒在床层中激烈搅混，因此在流化床层各点之间的传热很快，从而导致床层迅速处于等温状态。
2）固体颗粒与流体之间的换热。气体进入分布板后，只在分布板之上的极短距离内（大约25毫米）才有温度差，气固之间的换热就是在这个区域中进行的。在此区域以上，床层内部的温度是均匀一致的为什么在如此短的距离中，气固温度就能达到均匀一致呢?其主要原因是固体颗粒很小，因而气一固接触面积很大，lm3的接触面积可高达3280-49000m2，所以传热极快，在很短距离内气固温度就一致了。
4、飞温的原因及处理方法
乙烯聚合反应是个强烈的放热反应，反应热H高达3873kJ/Kg，聚合产生的反应热量Q0主要通过E400和E401将热量Q1换走，还有一部分热量Q2通过抽出线随粉料散去，剩余热量Q3在反应器循环向环境中散去。公式1如下：
Q0= Q1+ Q2+ Q3 公式1
升时，由于FIC390调节的滞后，反应器瞬间进入大量的乙烯，反应器内聚合反应随着乙烯浓度的增加，反应更加剧烈。突然增加的热量如果来不及置换走，就有可能造成反应器飞温。此时就要要求操作员对乙烯进料阀位，温度及压力进行监控，使之处于可控的范围之内。
乙烯进料量过大时，应根据实际情况迅速调小FIC390的阀门开度，使乙烯流量降下来，适当增加循环冷却水的用量，把温度降下来，防止温度飙升到不可控的状态。
4.2预聚物注入量突然大幅度增大
预聚物注入量的控制模式采用自动控制，预聚物的注入量对反应的巨大影响，所以为了稳定注入量，只使用自动控制状态。在反应负荷的提升与降低时，通过改变注入次数作为主要调节手段。在其他反应条件不变的情况下，短时间内增加预聚物注入量，乙烯聚合反应活性增强，反应活性的增加，反应会更加剧烈，释放出大量的热，热量不能及时带走时，反应器温度就会大幅度提升，严重时会造成反应器飞温。在操作员监控参数时，注入量是一个非常重要的参数，要根据乙烯浓度和反应温度的变化，适当增加或降低注入量，平稳的控制操作。定期的对注入系统进行检查，查看阀门有没有内漏的情况。
4.3抽出系统故障停
从公式1 可以看出，抽出系统一旦停止运行。一部分反应热将无法随粉料散去，而这些热量堆积在反应器内，反应温度在急短的时间内就可以飙升到不可控的状态。严重时将导致反应器停工处理。
操作员发现抽出系统停止运行后，要立即检查原因，重新将抽出系统启动起来，同时要适当的降低反应负荷，提高冷却水的用量把反应温度降下来，确保生产安全。如果反应器无法控制那就只能注入杀死剂将反应失活，重新开工。
4.4换热系统出现问题
从公式1和图1 可以看出，反应器温度控制系统主要是通过冷却水进行调节。从反应器出来的流化气经过一级冷却器E400进行初步冷却，再经过C400加压后通过二级冷却器E401进行最终冷却，最后从反应器底部进入，经过冷却后的流化气将反应器内聚合反应产生的热量带走，完成一个热量平衡的循环，最终达到控制反应器温度的目的。控制简图如图3。
当一级冷却器E400和二级冷却器E401的冷却水出现故障时，冷却水流量突降或调节阀调节不及时，将导致反应器温度飙升，温度一旦超过可控范围，反应器只能停车处理。所以在日常操作中要密切关注一级冷却器E400和二级冷却器E401的工作状态，监控好相关参数的的变化，及时对参数进行调整，防止出现不可控的状态。
论文作者:郭运涛1,袁冬林2,王基志3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
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