高压聚乙烯装置反应器压力波动的原因分析及对策

2022-09-12

齐鲁高压聚乙烯装置为齐鲁45万吨乙烯改扩建工程主要配套项目, 采用无脉冲管式法生产工艺, 反应压力高, 联锁多, 生产连续性强, 操作难度相对较大。随着装置运行时间的延长, 许多制约装置长周期运行和影响产品质量的问题逐渐显现出来, 其中反应器压力波动问题已经成为影响装置长周期运行的瓶颈之一。

一、高压聚乙烯装置反应器压力波动的危害

采用的是无脉冲管式工艺, 要求压力高 (250MPa±1MPa) , 压力控制要平稳。反应压力波动主要危害:

1. 反应器压力波动影响产品质量。

反应压力的变化都会引起产品分子量、密度以及其他物理性能的变化, 反应压力升高, 产品分子量增加, 熔融指数降低, 密度升高, 反之亦然, 会造成最终产品指数不稳定。

2. 反应器压力波动会造成反应温度的波动。

压力上升时, 反应器内乙烯单体浓度迅速增加, 转化率升高, 造成反应温度也会突然上升, 严重时会发生分解反应;当反应器压力突然降低时, 反应温度也会降低, 造成低温联锁停车

3. 反应器压力波动对设备造成危害。

压力波动时会冲击设备, 特别对二次机、反应器造成损害, 同时压力的突然增大对会反应器上的热电偶造成冲击, 严重时会引起热电偶透镜环处泄漏闪爆。

二、造成反应器压力波动的因素分析

1. 反应器压力引压管堵塞造成反应器压力波动

引压管堵塞是造成反应器压力波动的主要原因。高压乙烯会在引压管线内自聚, 形成超大分子聚合物, 会堵塞引压管线。此时不能测量出反应器内真实压力, 测量值会比实际值滞后。如图, 在0-10这段时间, 由二次机出口压力和第一注入点的压力可看出, 反应器真实压力在逐渐升高, 而反应器压力测量值却显示不变, 当反应器压力增大到一定值时, 引压管突然被吹通, 反应器压力立即反应为真实压力, 压力突然升高, 此时由于反应器出料阀投自动, 压力出现了大幅波动。

2. 二次压缩机打气量的变化会引起反应器压力波动

由于二次机出口乙烯气体全部给反应器, 二次机打气量发生变化, 将引起反应器内乙烯气体量的变化, 将直接导致反应压力的变化, 会引起二次机出入口、反应器、高循系统压力的恶性循环, 最终导致反应器压力过高, 联锁停车。造成二次机打气量变化的主要原因是二次机入口温度和压力的变化。

3. 反应器内物料流动状况对反应压力的影响

根据流体动力学压降公式:ΔP=λ*ι*ρ*u2/2d, 流体在流动过程中因克服内摩擦而消耗能量, 当流体粘度增大, 流动阻力会增加, 压降也将增大, 反之粘度减小, 压降也降减小;同时流动摩擦因数λ改变也会影响压降ΔP的变化。在本装置流体粘度主要受物料熔融指数影响, 而摩擦因数与反应器粘壁状况有关。实际生产中因物料流动情况改变而引起反应压力变化的有几种情况:1、反应器在脱垢造成反应器压力波动;2、反应水温度过高或过低导致对压力均有影响;3、产品熔融指数的改变, 造成反应器压力波动。

4. 设备故障对反应压力的影响

因设备原因造成反应器压力波动主要有两种情况:一是反应器出料阀发生故障。因反应器出料阀直接控制反应压力, 它发生故障直接会导致反应压力大幅度波动。二是二次机发生故障会引起打气量发生变化, 也影响到反应压力波动。

三、降低或避免反应器压力波动的对策

1. 及时判断反应器压力引压管堵塞并有效处理

当反应器压力引压管线出现堵塞时, 反应压力测量值已经不能真实反映反应器的真实压力, 测量值较实际值滞后。此时可根据引发剂第一注入点压力和二次机出口压力作为参照来控制反应压力。此时要将反应器压力PCE101由自动控制切换为手动控制, 根据第一注入点压力或二次机出口压力来判断反应器真实压力, 并以此调节PCE101输出值。

2. 在线吹扫反应器压力引压管线

定期对反应器引压管进行吹扫, 利用反应器引压管停车吹扫设施, 制定开车过程中在线对反应器引压管吹扫方案。吹扫时将反应器压力控制切手动控制, 并将反应器压力联锁强制, 以避免在吹扫过程中因反应器压力指示变化, 造成控制阀门变化影响反应器实际压力波动, 同时避免反应器压力指示变化造成反应器压力高压或低压联锁停车。

3. 稳定控制二次机入口温度

进行高循脱垢换热器并联前, 先将高循换热器的冷却水阀开度降低, 从保证二次机入口温度TIB102控制在37℃~43℃之间, 以保证二次机打气量稳定。若二次机入口温度已出现大幅波动时, 要将反应器压力PCE101切换到手动, 稳定反应压力, 待二次机入口温度趋于稳定时, 再将PCE101投自动。

4. 规范反应器脱垢和反应水稳定操作。

在给反应器脱垢时, 反应器壁结垢会逐渐冲刷掉, 物料流动阻力减小, 此时应及时调整PCE101输出值, 将其关小, 以免发生压力过低而触发联锁。反应水温过低, 会导致管内聚乙烯粘度增大, 流动阻力会上升, 引起反应器压力上升, 对于不同MI的产品允许最低反应水温度;MI>1时允许最低水温140℃;MI≤1时允许最低水温150℃。