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壓力變送器在LDPE裝置反應器中出現易堵原因分析及對策

發表時間：2019-04-15|? 聯系電話：15601403222 、 13915181149

摘要：高壓聚乙烯（LDPE）裝置反應壓力高達 220~300MPa （G），反應溫度高達 270~330℃。為解決國內某高壓聚乙烯裝置反應器壓力變送器經常堵塞，嚴重影響該裝置長周期安全運行的問題，通過實踐經驗對比分析導致反應器壓力變送器堵塞的主要原因，在操作中采取增加高循分離器的排蠟次數，降低污垢系數并控制預熱器中低聚物的產生等相應措施，從而減緩裝置反應器壓力變送器的堵塞，提高裝置的運轉周期，為同類裝置的生產提供一定的參考。

引言

本文所介紹的 LDPE 裝置為管式反應器技術，裝置的工藝流程是以乙烯為主要原料，以丙烯和丙醛為調整劑，生產均聚聚乙烯產品，以過氧化物為引發劑。界區來的乙烯氣體經過增壓一次機和二次機升壓至 260MPa（G）后進入反應器，過氧化物分四點注入反應器的不同區域，形成反應一峰、二峰、三峰和四峰。 [1] 反應器壓力通過位于反應器出口的壓力脈沖閥進行控制，反應器壓力檢測點位于反應器入口，采用 3 個檢測點檢測反應器壓力，從而提高裝置壓力檢測的穩定性，取三個檢測點的檢測中間值作為反應器壓力的實際值。該裝置自投產運行以來，反應器壓力變送器經常出現被聚合物堵塞的現象，導致壓力變送器檢測失效，從而影響了裝置的安全穩定運行，成為制約該裝置長周期運行的主要因素之一。

1 工藝流程簡介

工藝流程主要包括進料、壓縮、聚合、高壓分離、高壓循環氣冷卻和凈化、低壓分離、低壓循環氣冷卻和凈化、引發劑配制注入、造粒、成品料倉等。如圖 1 LDPE 裝置工藝流程簡圖。

界區來的新鮮乙烯與經過增壓機壓縮的低壓循環氣混合進入一次機，經一次機壓縮后與高壓循環氣混合進入二次機，經二次機壓縮至 270MPa（G）

后進入反應器預熱器，經預熱器加熱進入反應器，在反應器內分四段分別由四種過氧化物溶液引發聚合反應，經過四段反應后的熔融聚乙烯與未反應的單體乙烯經過反應器壓力脈沖閥 PV1 后，降壓至30 ~40 MPa（G）后經反應器冷卻進入高壓產品分離器，經高壓產品分離器分離后的工藝氣體進入高壓循環氣系統，而夾帶部分乙烯單體的熔融聚合物經過產品閥 LV1 減壓至約 0.1 MPa（G）后進入低壓產品分離器，在低壓產品分離器中，分離后的工藝氣進入低壓循環氣系統，熔融聚乙烯進入擠壓造粒系統，經過水下切粒后將聚乙烯顆粒輸送至成品料倉。

2 反應器壓力變送器堵塞后的現象及影響

2.1 現象

三個壓力變送器中某一變送器發生堵塞。該變送器檢測壓力會與其余兩個變送器檢測壓力偏差較大，當該變送器檢測的壓力變化率與其余兩個壓力變化率偏差大于 5 MPa （G）后，反應器壓力脈沖閥控制器會將該檢測點的檢測壓力自動摘除，不再參與反應器壓力的控制，此時剩余兩個檢測點檢測值的平均值作為反應器壓力的實際值，參與反應器壓力的控制，此時觀察 DCS 趨勢會發現，當某一個壓力檢測點失效后，反應器的實際控制壓力會發生變化，進而導致脈沖閥開大或關小。

三個壓力變送器中某兩個變送器堵塞后。在剩余的兩個壓力變送器中，當再次出現一個檢測點堵塞時，該檢測點壓力變化率與剩余一個壓力變化率偏差大于5 MPa（G），該壓力檢測點自動被脈沖閥控制器摘除，此時反應器的壓力檢測點只剩余一個，該點作為反應器壓力檢測的*檢測點，此時反應器壓力控制的風險增大三個壓力變送器都堵塞后。當僅剩下*后一個壓力變送器也被堵塞后，無法確認反應器的實際壓力為多少，此時反應器存在超壓超溫分解風險。

2.2 影響

當出現一個或兩個變送器堵塞的初期，該壓力檢測點的壓力變化率會出現頻繁大于 5 MPa（G）或小于 5 MPa （G），意味著該點頻繁參與到反應器壓力檢測的參考值，導致反應器壓力頻繁波動。由于LDPE 生產過程中壓力是控制產品牌號質量非常重要的工藝控制參數，因此，該壓力波動會造成產品的熔融指數和密度的波動，導致同一批次產品各項性能指標出現波動。

當出現兩個變送器堵塞后，此時剩余一個檢測點的壓力參與反應器壓力的控制，此時增大了反應器壓力控制的風險，當*后一個檢測點出現堵塞時，此時反應器的實際壓力無法判斷，進而導致反應器壓力波動較大，出現產品的熔融指數和密度的波動。當脈沖閥頻繁動作時會增加脈沖閥的損耗，縮短脈沖閥的使用壽命，當脈沖閥突然開大會導致高分壓力快速上升，造成高分超壓和高分液位波動，高循夾帶量增大；當脈沖閥突然關小會造成反應器實際壓力快速上升，造成反應器超壓，進而導致聯鎖停車或乙烯達到熱力學分解溫度，發生分解反應產生的炭黑會黏附在反應器內壁上，在下次開車時，會導致開車料發黑，增加了等外品量。

3 反應器壓力變送器易堵原因分析

3.1 停工過程中反應器內有殘余聚合物

LDPE 裝置停工過程中，為了將反應器內殘余聚合物充分帶走，在聚合反應停止后，反應器壓力降到一定壓力（200 MPa（G）左右）后。維持一、二次機循環運轉至少 30min 以上，將反應器內的殘余聚合物充分帶到高壓產品分離器中。如果循環時間不夠，導致反應器內有殘余聚乙烯。在氮氣置換反應過程中，如果高壓產品分離器作為反應器置換的氮氣氣源，此時反應器內殘余聚合物就會倒流至反應器入口，導致聚合物進入反應壓力變送器中，堵塞變送器。

3.2 高壓循環氣系統分離不充分

LDPE 裝置正常生產過程中，由于高分液位波動、高分液位計失靈或高分液位控制過高導致大量聚合物隨著高循氣進入高壓循環氣冷卻系統，經過四級冷卻和四級分離將高循環氣中夾帶的蠟分離，經過分離冷卻的工藝氣與一次機來的新鮮乙烯混合進入二次機。在此過程中，如果高循換熱器結垢嚴重或冷媒系統溫度控制過高，導致高循氣中夾帶的蠟不能充分分離，隨著工藝氣進入二次機，進而經過反應器預熱器進入反應器入口，隨著反應的進行，長時間的高循夾帶進入二次機，導致聚合物在反應器壓力變送器積累越來越多，從而導致壓力變送器堵塞。

3.3 預熱器產生低聚物

LDPE 裝置正常生產過程中，經過二次機壓縮的工藝氣進入預熱器，通過控制 LLPS、LPS 和 MPS通過預熱器的量，從而控制工藝氣進入反應器的溫度。當反應器溫度控制過高且工藝氣中活性氧含量高時，在預熱器中發生不期望的聚合反應，從而產生低聚物，低聚物隨著工藝氣進入反應器入口，長時間產生低聚物，低聚物慢慢堵塞反應器壓力變送器，從而導致反應器壓力控制產生波動。

4 減少反應器壓力變送器堵塞的對策

4.1 減少反應器內殘留聚合物

LDPE 裝置停工過程中，為了將反應器內殘余聚合物充分帶走，在聚合反應停止后，反應器壓力降到一定壓力后。確保一、二次機循環運轉至少 30min以上，如果一二次機未運轉 30min 以上，在反應器需要置換檢修時，確保通過二次機入口作為反應器置換的氣源，從而防止反應器中殘留的聚合物倒流至反應器入口堵塞反應器壓力變送器。

4.2 提高高循換熱效果

冷熱兩流體通過間壁的傳熱過程，其傳熱速率方程式為:

Q=KA△t m （1）

式中 Q 為傳熱速率，單位 W；K 為總傳熱系數，單位 W/ （m 2 ·℃）；A 為傳熱面積，單位 m 2 ；△t m 為兩流體的平均溫度差℃。如何正確確定 K 值，是傳熱過程計算中一個重要問題。 [2] 高循換熱器為列管式換熱器，對于高循換熱器，由公式（1）可知，傳熱面積 A一定，為兩流體的平均溫度差△t m 一定。因此，影響高循換熱器換熱效果的主要是總傳熱系數 K。在化工操作過程中，隨著時間的推移，作為冷熱流體的的介質往往會在間壁兩側結垢，這種污垢的存在會影響換熱，由于污垢的厚度和導熱系數難以獲得，因此在工程上，一般用一個系數（污垢熱阻）來計算污垢對傳熱的影響。[3] 因此盡可能的降低高循換熱器內的蠟，提高高循的換熱效果。可以通過以下措施降低污垢系數，從而提高總傳熱系數。

（1）LDPE 正常生產中，通過增加各高循分離器的排蠟次數，減少高循分離器內壁粘附的聚乙烯的聚集

（2）降低高分液位的控制范圍

（3）提高高分液位控制器的控制平穩率

（4）縮短高循切換的周期

（5）提高高循換熱器再生時加熱溫度、恒溫時間及恒溫排蠟次數

4.3 控制預熱器內低聚物的產生

1）通過聯系上游裝置，控制好原料乙烯中氧氣含量不超過設計指標

（2）控制技術氣的注入量，避免注入較多的技術氣，導致氧含量超標

（3）控制好預熱器的溫度不超過 170℃

（4）增加返回乙烯的量，加大循環氣凈化量

5 當反應器壓力變送器出現檢測失效后的應對措施

通過收集 DCS 數據資料，分析比對發現，二次機出口壓力檢測的三個變送器檢測值（P1’、P2’和P3’）較穩定，但該三點的壓力較反應器壓力（P1、P2和 P3）高出一定值。通過對比分析，加入修正值，擬采用二次機出口的三個壓力變送器檢測值修正后作為反應器壓力檢測值，參與反應器的壓力控制。通過組態加入一個壓力在線切換開關，當反應器壓力變送器中出現檢測失效時，采取切換開關將反應器壓力檢測值切換至二次機出口壓力檢測。該裝置已在反應器中出現兩個變送器堵塞導致壓力檢測失效時，成功使用過該切換開關，在切換后反應器壓力控制平穩，裝置運行平穩，提高了裝置的長周期運轉率。如圖 2 壓力在線切換開關。