摘要：江苏斯尔邦石化公司LDPE/EVA装置管式线在开车初期，低循冷却器E-1601循环水管线经常有异常振动。此问题问题严重影响了装置的正常运行。通过查阅设计资料、现场检查、DCS数据调查，最终解决了低循冷却器冷却水管线异常振动这个问题，也为其他冷却器的控制模式提供了借鉴。为装置的安全平稳生产运行提供了保障。
关键词：飞温；冷却器；振动
1、装置简介
江苏斯尔邦石化有限公司20万吨/年管式法LDPE/EVA 装置采用Basell公司的LUPOTECH T?管式反应器技术，在一条生产线上切换生产不同牌号的低密度聚乙烯（LDPE）均聚树脂和乙烯-醋酸乙烯共聚树脂（EVA）。年操作时间约为8000小时，可以生产LDPE及EVA等多种共聚均聚产品，生产操作弹性大，转产快速简便。
1.1Basell 公司管式反应器技术
Basell公司的LUPOTECH T?管式反应器技术成熟、先进。它采用脉冲反应器技术，以过氧化物为引发剂，分四点注入反应器的不同区域，合理利用反应热来副产低压蒸汽；一次/增压压缩机和二次压缩机配备合理；反应器上设有紧急泄压阀，能够快速降压保护低压分离器；产品结构合理，能生产均聚和共聚产品。
1.2简易流程说明
高压管式法装置是以乙烯为主要原料，以醋酸乙烯（VA）为共聚单体，以丙醛和丙烯为调节剂，在一条生产线上切换生产不同牌号的低密度聚乙烯（LDPE）均聚树脂和乙烯-醋酸乙烯共聚树脂（EVA）。该工艺技术采用乙烯单点进料，以过氧化物为引发剂，设计能力为20万吨/年。
2、低循冷却器
2.1低循冷却器流程说明
低循冷却器把从低分分离罐V-1601减压分离过来的高温反应气（主要是乙烯，乙烯含量为90%）进行降温，冷却到35℃左右，低循第一冷却器E-1601冷却介质为30℃的闭路循环水。冷却后的反应气进入低循第二冷却器E-1602，E-1602冷却介质为5℃的冷冻循环水(CHW)。工艺气体经E-1602再次冷却后，温度降至20-25℃，送至一次机入口。这样就完成了低压循环气体的分离和循环利用。图1为低循冷却器控制图。
图1 低循冷却器控制图 图2 列管式冷却器示意图图3 低循冷却器冷却水出口温度趋势图 图4 低循冷却器进出口温度趋势图图5 低循冷却器温度控制模式 图6 修改后的控制模式
2.2 列管式冷却器
低循冷却器为列管式冷却器，主要由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。列管式冷却器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒参数等。图2为列管式冷却器示意图。
3、飞温过程说明
3.1 飞温
飞温一般是指在短时间内温度快速上升，超过了操作的预期，例如反应器反应温度的快速上升，最终导致不可估量的后果，严重时有可能发生人身事故。而在本文是指低循冷却器的闭路循环水温度快速上涨，在很短的时间在超过了100℃，瞬间被汽化并产生了蒸汽。
3.2 过程说明
2017年7月3日，工艺操作人员现场巡检时发现低循框架振动较大，有很大的液击的声音，整个框架都在晃动。经核实确认：低循冷却器E-1601闭路循环水回水管线存在液击。在正常情况下，回水管线的温度是不可能很高的，检查现场回水温度表发现，温度指示已经超过100℃，相当于进低循冷却器的闭路循环水瞬间都被汽化了，很快就造成了管线的异常晃动。
通过查询DCS的历史趋势发现，如图3所示，低循冷却器闭路循环水的出口温度从16:14分37℃开始上涨，到17:19上涨至201℃，仅仅用了一个小时的时间，温升约160℃，可以说温度上升是非常迅速。而此时低循冷却器反应气出口温度从234℃仅降至137℃，远远没有到达设计值35℃的标准。这说明低循冷却器没有起到冷却作用。需要抓紧时间排查，否则将会引发生产事故，如图4所示。
4、飞温原因分析
4.1 低循冷却器壳程堵塞或换热不好
通过查询之前的历史趋势，未发现低循冷却器的出口温度高于100℃的时候，且该设备仅仅才投用了3个多月，而低分的液位也没有高过，不可能有聚合物料夹带进入冷却器而粘附在设备的内壁。所以可以排除低循冷却器壳程堵塞存在的可能性，也就是说低循冷却器出口冷却水温度飞温不可能是循冷却器壳程堵塞造成的。
4.2 闭路循环水压力低，无法使水循环起来
查询闭路循环水泵的运行信号正常，在低循冷却器出口冷却水温度飞温之前，泵出口的压力波动很小，泵的出口流量也没有出现大的波动，对低循冷却器的冷却水进出口进行检查也没有明显的水量小，或者水压低的现象，可以排除“闭路循环水压力低，无法使水循环起来”而导致的低循冷却器出口冷却水温度飞温。
4.3 控制阀22TV16004故障
现场检查对22TV16004进行检查，未发现异常问题，仪表风等公用工程投用正常，随后把22TV16004拆下来，确认阀芯处无堵塞物，然后将操作模式由自动模式改为手动操作模式，手动输出0%，25%，50%，75%，100%，75%，50%，25%， 0%。阀门动作正常，信号反馈良好。可以排除“TV16004故障”而导致的低循冷却器出口冷却水温度飞温。
4.4 控制类型有错误
手动给22TV16004阀门的开度，并且反馈正确，说明22TV16004控制系统是没有问题的，问题可能出现在了自动控制系统上。查阅资料发现，在设计文件中，用TIC16003温度点来控制22TV16003和22TV16004两个调节阀。通过调节阀的开度把反应气的温度降下来，只对第二冷却器E-1602出口温度进行控制，而不对第一冷却器E-1601的出口温度进行控制。22TIC16003的控制模式如图5所示。
从图5中可以看出，在自动模式下，当22TIC16003温度PV值高于设定值时，会优先打开22TV16003，如果22TV16003全开时，22TIC16003温度依然降不下来，才会打开22TV16004，通过E-1601进行降温。这样设计可以节约冷却水的流量，达到节能降耗的目的。
查询DCS历史趋势发现，当低循冷却器E-1601冷却水出口温度超过100℃时，22TV16004阀门的开度低于5%，而22TV16003阀门的开度已超过了70%，这就证明了就是因为TV16003的开度过小，所以通过第一冷却器E-1601冷却水的流量也就变小，又因E-1601是给低压循环系统工艺气体降温的第一个冷却器，反应气温度超过了200℃，温度极高（如图4所示）。低压循环系统工艺气体通过E-1601冷却后，温度依然高达100℃，相当于瞬间就把E-1601中冷却水给汽化，又因22TV16004开度小，冷却水流量小，在管线中产生的蒸汽反窜到E-1601冷却水入口管线中，就造成了管线的振动。现在完全可以确定“控制类型有错误”就是导致低循冷却器出口冷却水温度飞温的直接原因。
5、处理措施
和设计单位进行沟通后，并对修改后的内容进行风险评估。确认没有风险后，正式修改了22TV16003和22TV16004的控制模式，由图1控制模式修改为了图6的控制模式，图中虚线的部分，由22TIC16004控制22TV16004，22TIC16003控制22TV16003，自此之后再也没有发生类似的事件，圆满的解决了低循冷却器飞温的问题。
参考文献：
[1] 江苏斯尔邦石化公司EVA装置操作规程
[2] 探讨高密度聚乙烯装置反应器飞温原因分析及对策 刘诗尧 化工管理 2014-10-16 期刊
[3] 列管换热器失效原因分析与研究 肖巍 科技资讯 2011-03-13 期刊
[4] 一起灾难性的管壳式冷却器故障 高吉峰 安全、健康和环境 2007-10-15 期刊
论文作者:王淑国,郭运涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/29
标签：冷却器论文; 温度论文; 冷却水论文; 反应器论文; 乙烯论文; 管线论文; 模式论文; 《防护工程》2018年第2期论文;