INEOS氣相聚丙烯工藝S301膨脹式袋濾器的工藝控制及事故處理

谷彥林

（中國神華煤制油化工有限公司榆林化工分公司 陜西榆林 719302）

INEOS氣相聚丙烯工藝S301膨脹式袋濾器的工藝控制及事故處理

谷彥林

（中國神華煤制油化工有限公司榆林化工分公司 陜西榆林 719302）

本文簡(jiǎn)要介紹了聚丙烯裝置的生產(chǎn)工藝流程，具體闡述S301膨脹式袋濾器的進(jìn)料、料位、壓力等工藝控制過程，S301處可能發(fā)生的事故的原因及其處理方法，同時(shí)對(duì)S301膨脹式袋濾器工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)置提出了自己的想法。

聚丙烯；S301膨脹式袋濾器；工藝控制

1 氣相聚丙烯的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

榆林神華甲醇下游加工項(xiàng)目聚丙烯裝置采用INEOS氣相聚丙烯工藝，于2015年12月建成投產(chǎn)。該裝置有一條生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力為30萬t，能夠生產(chǎn)多個(gè)牌號(hào)的產(chǎn)品。

氣相聚丙烯生產(chǎn)過程是經(jīng)礦物油稀釋的主催化劑漿液進(jìn)入催化劑加料罐，用計(jì)量泵將主催化劑、助催化劑和改性劑送入反應(yīng)器，經(jīng)精制處理后的聚合級(jí)丙烯加入反應(yīng)器的頂部分離器。反應(yīng)器操作條件為66℃、2.2MPa，通過控制液體丙烯（急冷液）的流量來恒定聚合溫度，急冷液噴灑到反應(yīng)器床層，氣化后吸收聚合反應(yīng)熱，氣相丙烯（循環(huán)氣）從反應(yīng)器底部加入，其中加入氫氣用于控制聚丙烯產(chǎn)品的熔融指數(shù)（MFR），離開反應(yīng)器的氣體經(jīng)過頂部冷凝器進(jìn)行部分冷凝，通過丙烯的冷凝量來控制反應(yīng)壓力。

本裝置有兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)操作：第一反應(yīng)器（R201）的聚合物通過粉料輸送系統(tǒng)240單元（氣鎖器單元）輸送到第二反應(yīng)器（R251），從第二反應(yīng)器排出的聚合物粉末在膨脹式袋濾器中進(jìn)行單體分離后，進(jìn)人脫氣倉利用濕氮脫除殘余三劑（催化劑、助催化劑、改性劑），然后輸送到擠壓造粒系統(tǒng)進(jìn)行造粒。

2 膨脹式袋濾器的作用及工藝控制

2.1 袋濾器的作用

袋濾器是聚丙烯粉料經(jīng)由反應(yīng)器到擠壓機(jī)的中間設(shè)備，外形類似于陀螺，頂部裝有濾袋，底部成錐形，出口管線裝有一個(gè)旋閥。設(shè)計(jì)使用袋濾器是為了使粉料和氣體分離，剩余的丙烯氣體能夠充分地回收利用，脫除的氣體從頂部排出經(jīng)尾氣壓縮機(jī)壓縮后重新返回到反應(yīng)系統(tǒng)；粉料沉降到錐形底部，依靠旋閥輸送到脫氣倉脫活。

反應(yīng)器與袋濾器之間存在很大的壓差，粉料進(jìn)入袋濾器就是依靠強(qiáng)大的壓差進(jìn)行輸送的，送料過程是類似于脈沖式的短促進(jìn)料。當(dāng)反應(yīng)器粉料排料閥打開時(shí)，粉料會(huì)被來自C301的吹掃氣以接近音速的速度送入袋濾器。如果粉料以這樣的高速直接撞擊到容器壁上，粉料可能會(huì)破碎產(chǎn)生大量細(xì)粉，細(xì)粉被氣體夾帶進(jìn)入氣體循環(huán)管路，從而堵塞管路和尾氣過濾器。袋濾器的設(shè)計(jì)避免了這種可能性，粉料輸送線通過切線進(jìn)入袋濾器的下部，這樣有助于盡量減小粉料和容器壁之間的碰撞。而且，氣體流動(dòng)的橫截面積從輸送線至袋濾器是不斷擴(kuò)大的，因而降低了氣體的線速度。在這樣低的線速度下，幾乎全部粉料都會(huì)從氣體中沉降，在下一次粉料短促排料到來之前粉料已經(jīng)進(jìn)入錐形底部。過濾袋上殘余的粉料會(huì)被來自尾氣壓縮機(jī)的脈沖氣吹下，減輕了過濾袋上的固體量。

旋閥的轉(zhuǎn)速是受控的，使S301中錐體的粉料料位相當(dāng)于3～4min的停留時(shí)間。袋濾器中的低壓和停留時(shí)間有助于除去粉料孔隙中含有的輸送氣體和烴，也使溶解在粉料中的大部分烴被脫除。這樣可以有效地將粉料與氣體分離。

2.2 袋濾器的工藝控制

2.2.1 進(jìn)料控制

如圖1，粉末產(chǎn)品從第一反應(yīng)器（R201）中被排出，通過周期工作的球閥（HZV3001）被壓力輸送至膨脹式袋濾器（S-301）或經(jīng)氣鎖器系統(tǒng)再輸送到第二反應(yīng)器（R-251），第二反應(yīng)器的粉末產(chǎn)品經(jīng)周期工作的球閥（HZV3003/4）被壓力輸送至膨脹式袋濾器。

DCS操作人員可用主循環(huán)定時(shí)器ON/OFF（KHS-3043/KHS－3044）開關(guān)來控制粉料的輸送。從第一反應(yīng)器向袋濾器送料和從第二反應(yīng)器向袋濾器送料分別使用各自的主循環(huán)定時(shí)器，來控制間歇性出料閥。

圖1 膨漲式袋濾器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

有時(shí)兩個(gè)反應(yīng)器都輸送粉料至袋濾器，此時(shí)這兩個(gè)開關(guān)必須都打到ON。當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)生產(chǎn)，且兩個(gè)反應(yīng)器產(chǎn)品相同時(shí)，因氣鎖器意外停車（如氣鎖器壓縮機(jī)故障）等原因可以用來降低第一反應(yīng)器中的料位。當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)器同時(shí)輸送粉料至袋濾器時(shí)，隨著進(jìn)入袋濾器的丙烯量增多，應(yīng)密切監(jiān)控袋濾器的壓力。袋濾器的壓力高會(huì)觸發(fā)反應(yīng)器粉料輸送閥關(guān)閉，壓力高還會(huì)使袋濾器尾氣壓縮機(jī)因入口壓力高連鎖停車。

當(dāng)袋濾器超壓或其它原因需要停止粉料進(jìn)入時(shí)，必須將周期定時(shí)器關(guān)閉或?qū)⒎哿吓懦隹诘闹y關(guān)閉。僅將反應(yīng)器料位控制器（LIC2001/2501）置于手動(dòng)位置和0%輸出并不能停止粉料的輸送。這樣做只是將排料時(shí)限調(diào)為1.0s而粉料仍被輸送至袋濾器。

2.2.2 料位控制

袋濾器中的粉料將輸送至脫氣倉去脫除未反應(yīng)的三劑（脫除活性），必須將袋濾器與脫氣倉有效地隔離。因脫氣倉脫除活性用的是濕氮?dú)?，一但濕氮?dú)飧Z入袋濾器，它將會(huì)與未反應(yīng)的TEAL反應(yīng)，燒壞濾袋；如果大量的濕氮?dú)膺M(jìn)入袋濾器它將會(huì)隨著袋濾器中分離出的氣體一起返回到反應(yīng)器中，會(huì)使反應(yīng)器中的三劑失去活性，從而降低反應(yīng)器的產(chǎn)率，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。所以我們要控制袋濾器有一定的料位，防止脫氣倉的氣體竄入袋濾器。袋濾器的料位也不能太高，這樣會(huì)堵塞濾袋，造成尾氣壓縮機(jī)入口壓力低停機(jī)。若將袋濾器堵死，則須停車清理袋濾器。

料位是由放射性料位測(cè)定設(shè)備來測(cè)量的，當(dāng)料位高時(shí)，程序會(huì)調(diào)整旋閥Q301的轉(zhuǎn)速加快，降低料位；反之亦然。

2.2.3 壓力控制

從反應(yīng)器出來的粉料輸送至袋濾器，正常每隔30s出料一次，袋濾器維持大約0.02Mpag的壓力，但每次從反應(yīng)器出料后，壓力要增加到0.04Mpag。當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的聯(lián)鎖高報(bào)值（0.11MPa）時(shí)，聯(lián)鎖會(huì)自動(dòng)關(guān)閉反應(yīng)器的出料柱塞閥、粉料輸送閥、主循環(huán)定時(shí)器；延遲12s后，關(guān)閉隔離閥（HZV-3014，HZV-3015，和 HZV-3016）；關(guān)閉吹掃氣的隔離閥；控制板上的報(bào)警激活。

為保護(hù)袋濾器防止超壓，它裝有兩個(gè)安全閥（PSV-3001和PSV-3002），PSV-3001和 PSV-3002的設(shè)定壓力分別時(shí) 0.31和 0.38MPa。PSV-3002位于袋濾器的下游，因此很容易被氣體中的粉末堵塞。PSV-3001位于袋濾器的上游，因此設(shè)定的安全壓力較PSV-3002小些。

2.2.4 取樣

正常生產(chǎn)期間，為了保證粉料的熔融指數(shù)（MFR）合格，需要2h取一次粉料樣，用來分析熔指。由于袋濾器中的粉料存在殘余的三劑和烴類，遇空氣極易燃燒，取樣之前必須進(jìn)行氮?dú)庵脫Q。轉(zhuǎn)產(chǎn)期間，需1h取一次樣，以期融指盡快合格，減少過渡料。

3 事故處理

3.1 粉料輸送閥開/關(guān)不到位的處理

在生產(chǎn)過程中，有時(shí)候會(huì)發(fā)生粉料輸送閥動(dòng)作不到位的情況。當(dāng)輸送閥開不到位時(shí)，反應(yīng)器的料位會(huì)上漲，內(nèi)操應(yīng)立即關(guān)閉相應(yīng)出料線上的柱塞閥，控制反應(yīng)器的負(fù)荷及料位，手動(dòng)開關(guān)輸送閥幾次，如果仍然故障，通知儀表人員到現(xiàn)場(chǎng)處理，必要時(shí)反應(yīng)器打氧終止反應(yīng)；當(dāng)輸送閥關(guān)不到位時(shí)，粉料輸送管路和袋濾器相當(dāng)于是直通的，此時(shí)袋濾器很容易超壓，反應(yīng)器料位下降，內(nèi)操應(yīng)立即關(guān)閉柱塞閥，處理故障輸送閥，必要時(shí)外操現(xiàn)場(chǎng)給膨脹式袋濾器泄壓；當(dāng)輸送閥（HZV3003/4）開或關(guān)不到位時(shí)，特別注意反應(yīng)器的料位和S301的壓力，必要時(shí)減小程序的循環(huán)時(shí)間或增大出料寬度，防止出現(xiàn)高料位、超壓等情況。

3.2 袋濾器料位高聯(lián)鎖時(shí)的處理

袋濾器料位高聯(lián)鎖時(shí)，應(yīng)關(guān)閉進(jìn)料，提高旋閥的轉(zhuǎn)速，待料位恢復(fù)到正常值時(shí)恢復(fù)進(jìn)料；如果旋閥出現(xiàn)故障，反應(yīng)器應(yīng)停車，處理旋閥。

3.3 旋閥突然停的原因及處理

旋閥突然停的原因：①S301往Q301下料中有塊料；②Q301電機(jī)故障。

處理方法：①現(xiàn)場(chǎng)檢查，重新啟動(dòng)Q301，或DCS試試反轉(zhuǎn)。②如果正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)均無效，注氧終止R201和R251的反應(yīng)，對(duì)旋閥進(jìn)行處理。③如果電機(jī)故障，通知修理。

3.4 尾氣壓縮機(jī)（C301）入口過濾器（S302）堵的原因及處理

當(dāng)尾氣過濾器S302積累較多粉料時(shí)，過濾器的壓差指示偏高。過濾器（S302）堵的原因：①濾袋中累積較多的細(xì)粉；②S－301袋濾器濾袋破損。

處理方法：①將S302旁路氮?dú)庵脫Q合格后拆清，復(fù)位后氣密，并用氮?dú)庵脫Q，然后用丙烯置換，作水氧合格后投用。否則其中的氧氣和水循環(huán)回反應(yīng)器將嚴(yán)重影響反應(yīng)及生產(chǎn)安全。②停車，隔離S301，氮?dú)庵脫Q合格后交出，更換袋濾器濾袋，更換完復(fù)位，開車。

3.5 S301袋濾器濾袋壓差指示高原因及處理

原因：①壓差計(jì)故障；②濾袋上積累較多粉料，堵塞袋濾器。

處理方法：①聯(lián)系儀表處理壓差計(jì)；②加大反吹氣量，若沒有效果，則停車，隔離S3001，氮?dú)庵脫Q合格后交出，更換袋濾器濾袋，更換完復(fù)位，開車。

3.6 尾氣壓縮機(jī)（C301）突然停車的處理

C301突然停車，粉料輸送失去了管線吹掃氣，應(yīng)關(guān)閉袋濾器的柱塞閥，立即到現(xiàn)場(chǎng)重新啟動(dòng)C301。如果短時(shí)間內(nèi)無法啟動(dòng)壓縮機(jī)，反應(yīng)器降負(fù)荷維持生產(chǎn)，控制反應(yīng)器的料位，45min后壓縮機(jī)還未啟動(dòng)，終止反應(yīng)，檢修壓縮機(jī)。

3.7 取樣閥XV3044堵的處理

取樣閥XV3044堵，降低S301的料位，打開取樣處的低壓氮?dú)庀騍301反吹，清堵；若無效則需要做XV3044的拆清處理。

4 對(duì)袋濾器系統(tǒng)改進(jìn)的建議

（1）由于生產(chǎn)過程中存在尾氣壓縮機(jī)突然停的情況下，袋濾器很容易超壓，外操需到現(xiàn)場(chǎng)用排放手閥泄壓，這樣既浪費(fèi)人力，也耽誤排放的時(shí)間。建議在袋濾器頂部的排放線裝一個(gè)氣動(dòng)閥，由內(nèi)操控制泄壓。這樣既節(jié)省時(shí)間，也減少了外操來回奔波，S301的安全性也會(huì)大大提高。

（2）因取樣系統(tǒng)的取樣點(diǎn)和置換泄壓閥被分別設(shè)在300單元的一層和二層，取樣置換時(shí)需跑上跑下，或者兩個(gè)人配合來完成取樣，非常麻。建議將壓力表和泄壓閥都移至一層，并靠近取樣點(diǎn)，這樣取樣就變得簡(jiǎn)單而方便了。

5 總結(jié)

通過對(duì)S301膨脹式袋濾器的工藝控制的分析，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)存在的一些問題和不足，并提出了自己的一些想法和建議。希望本系統(tǒng)在不斷改進(jìn)和完善的過程中，安全系數(shù)增大，人力耗費(fèi)降低，這樣定能充分發(fā)揮其作用，并提高其可控性。

[1]洪定一，主編.聚丙烯-原理、工藝與技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2]陳軍.氣相法聚丙烯脫氣倉的配管設(shè)計(jì)石油化工設(shè)計(jì).石油化工設(shè)計(jì)，2005（1）.

[3]管文龍，等.氣相法聚丙烯裝置主催化劑計(jì)量系統(tǒng)的改進(jìn).石化技術(shù)，2008（15）.

[4]《中國石油獨(dú)山子石化55萬t/年聚丙烯裝置技術(shù)手冊(cè)》.

[5]《中國石油獨(dú)山子石化55萬t/年聚丙烯裝置INEOS操作指南》.2008，6.

TQ325.1+4

A

1004-7344（2016）13-0224-02

2016-4-18

谷彥林（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事化工操作工作。