摘要：某地区企业高密度聚乙烯（HDPE）装置采用比利时Ineos公司的INNOVENES双环管淤浆工艺，于2009年12月投产。设计生产能力为300kt/a，操作压力4.0MPa，操作温度85~103℃，可生产密度为936~963kg/m3的HDPE产品。该装置出料系统多次不同程度地发生黏壁、堵塞现象，特别是采用不同类型催化剂转产期间。本工作通过分析淤浆处理系统堵塞原因及生产工艺参数，提出了淤浆处理系统工艺优化措施，以延长装置运行周期。
关键词：高密度聚乙烯；旋液分离器；淤浆加热器；堵塞
引言：文章主要针对某地区企业高密度聚乙烯装置淤浆处理系统发生堵塞事故进行回顾，通过实际调查发现，旋液分离器发生堵塞时，旋液分离器顶部淤浆密度升高，淤浆泵电流、转速及出口温度升高，反应器所需异丁烷及淤浆加热器所需蒸汽增加。通过分析堵塞原因，并结合淤浆处理系统的工作原理，对旋液分离器操作条件，反应器操作条件，特殊操作及冲洗量等方面进行了工艺优化。优化后，淤浆处理系统能实现长周期平稳运行。
1.淤浆处理系统
环管反应器中生成的聚乙烯颗粒以浆料形式存在于溶剂异丁烷中，与少量单体、氢气及催化剂从反应器排出后，以切线方向高速进入旋液分离器，粉料及高浓度的异丁烷受离心力作用甩向器壁，向下螺旋运动逐步浓缩，其余异丁烷夹带单体、氢气、催化剂及少量聚合物粉料在顶部淤浆泵的作用下，在旋液分离器中心向上流动，从而达到分离目的。反应器出口及旋液分离器底部都有无固相的溶剂异丁烷进行冲洗，目的是清理管线，加速淤浆流动，同时也起到冷却淤浆的作用，降低管线堵塞概率。旋液分离器是HDPE装置的重要提浓设备，增加了异丁烷的循环利用率，有效地降低了下游设备的负荷。旋液分离器底部装有特殊阀门（即压力控制阀），通过其开度来控制反应器压力。
从旋液分离器底部出来的较高浓度的淤浆通过淤浆加热器进行加热，使出口的淤浆温度达到高压闪蒸罐内气相露点以上15℃，以确保淤浆进入高压闪蒸罐后90%以上的液相溶剂被闪蒸气化，从而分离出固相粉料。淤浆加热器为套管加热器，淤浆在套管最里层流动，低压蒸汽通过降温减压得到超低压蒸汽，由上到下通过管道夹套给淤浆加热。
2.典型事故案例
2016年7月4日，在维护高压闪蒸罐的料位计时，触发高压闪蒸罐满罐保护连锁，启动了2个反应器的自动停车连锁。20min后，淤浆加热器入口压力达到3.7MPa（正常生产时为1.2~1.5MPa），旋液分离器B顶部淤浆密度最高达到552.9kg/m3，顶部淤浆泵电流最高达到100.3A，将旋液分离器B切换至旋液分离器A。随后淤浆加热器B的入口压力上涨至5.6MPa，打开旋液分离器B及淤浆加热器，发现已完全堵死。
2.1原因分析
自动程序触发后，乙烯进料被瞬间切断，反应器压力迅速下降，导致淤浆进入旋液分离器的切向力极大降低，旋液分离器失去分离作用。与此同时，反应器压力降低导致旋液分离器底部的压力控制阀开度减小，造成了高浓度的淤浆在旋液分离器底部聚积，粉料粘连结块。另一方面，反应器压力降低，使旋液分离器顶部流量突然升高，造成顶部淤浆密度升高，加速堵塞。同样，通过淤浆加热器的淤浆流速降低，且由于压力控制阀开度减小，进入淤浆加热器的淤浆流量迅速降低导致淤浆加热器的出口温度最高达到97.4℃，造成淤浆熔融，黏度增大。再加上旋液分离器生成的块料被带到淤浆加热器，最终导致淤浆加热器堵塞。
2.2淤浆处理系统堵塞现象
旋液分离器堵塞通常有两种情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第一种情况是块料堵塞，块料可能在反应器中产生，也可能在反应器出料管线及旋液分离器中产生，此时反应器压力控制阀开度迅速增加，反应器压力也呈上升趋势；第二种情况是旋液分离器内壁发生黏壁，并不断积累聚合物，最终失去提浓作用，这种情况如果能尽早发现，不仅可以避免旋液分离器堵塞，甚至能避免装置停工。总结几起典型的旋液分离器堵塞事故，通常主要现象有：旋液分离器顶部淤浆密度升高，甚至接近反应器内淤浆密度；旋液分离器顶部淤浆泵电流及转速增加；顶部淤浆泵出口淤浆温度升高；在相同负荷，控制相同内固相（指反应器内固含量）的情况下，反应器所需新鲜异丁烷进料增加；由于旋液分离器提浓作用减小，进入淤浆加热器的浆料浓度降低，造成淤浆加热器蒸汽阀门开度需要不断开大。正常情况下，旋液分离器顶部密度为450.0~480.0kg/m3，淤浆泵电流为40.0~70.0A[1]。
3.淤浆处理系统堵塞原因及工艺优化
3.1旋液分离器的操作条件
在低负荷或两台旋液分离器同时投用时，旋液分离器底部压力控制阀开度较小，高浓度淤浆长时间在旋液分离器锥部聚积，很容易因静电造成聚合物黏壁或粘连结块。因此，在两台旋液分离器同时运行时，应使两台旋液分离器底部压力控制阀开度接近。由于上游产能不足，装置低负荷运行时间较长，调试压力控制阀执行器的机械关限位至全关位置，收到良好效果。旋液分离器顶部流量过高，会造成顶部淤浆中的固相含量较高甚至接近反应器的内固相，聚合物不断在旋液分离器顶部或淤浆泵入口聚积。同时，顶部流量过高，也容易造成旋液分离器底部浆料浓度过高。因此，在日常操作中，应适时根据反应负荷及淤浆加热器负荷调整旋液分离器顶部回流量，使其维持在合理范围。
3.2反应器的操作条件
反应器能否稳定运行，直接决定了淤浆处理系统的效率和使用周期。旋液分离器上游压力或流量发生改变时，会造成旋液分离器内部流场发生改变，分离效果急剧下降，且粉料在旋液分离器内摩擦概率极大增加，造成粉料在旋液分离器及淤浆加热器中粘连结块。当反应器进料、压力发生改变时，应及时调整；在终止反应时，应量化乙烯减少量与异丁烷增加量，避免反应压力大幅波动。反应器温度高于树脂熔融温度，会使树脂熔融，分子链呈无规线团，分子链间易形成物理纠缠，淤浆黏度增大，造成反应器及淤浆处理系统堵塞；反应器温度也不能过低，温度过低会使进入淤浆处理系统的浆料黏度增大，也易造成堵塞，因此，反应器温度的控制至关重要。HDPE装置的反应器温度通过环管夹套里的夹套冷却水来控制。在技术改造中，将控制夹套水温的阀门增加旁路阀可以通过控制器进行切换，正常运行时通过控制旁路阀控制反应器温度[2]。由于旁路管线及阀门尺寸较小，夹套冷却水的流量调节幅度小，反应器温度控制更稳定。反应器内产生大量低聚物，这些低聚物比表面积大，容易吸附黏壁，而且在正常操作温度下就可能熔融。使用铬系催化剂生产时，由于铬系催化剂诱导时间较长，部分催化剂随浆料离开反应器进入淤浆处理系统时仍具有很高活性，继续反应且无法撤热，造成淤浆处理系统挂壁、堵塞。因此，要严格控制原料纯度及催化剂的质量，以减少低聚物的产生。在用铬系催化剂生产时，尽可能提高内固相及乙烯浓度，增加反应物停留时间，提高催化剂利用率。此外，聚合物分子链的支化程度越高，越容易发生黏壁；反应器内产生块料也将直接导致淤浆处理系统堵塞[3]。
结论：
文章主要围绕某地区企业高密度聚乙烯装置淤浆处理系统出现堵塞问题的原因以及现象进行简单分析，进而找出与之相关的处理策略，希望能给相关人士提供参考意见。
参考文献：
[1]曲振辉.高密度聚乙烯淤浆处理系统堵塞原因分析［J］.石油化工，2019，45（9）：1123-1127.
[2]宋珍珍.高密度聚乙烯装置旋液分离器堵塞原因及对策分析［J］.广东化工，2018，13（41）：223-224.
[3]陈文梅，褚良银.旋流分离器流体流动理论研究与实践［J］.过滤与分离，2017（4）：5-9.
论文作者:张梁
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/25
标签：反应器论文; 分离器论文; 加热器论文; 压力论文; 丁烷论文; 系统论文; 温度论文; 《基层建设》2019年第20期论文;