聚丙烯装置轴功率波动的原因及改善措施

杨积渊，刘 升，宋红燕

（陕西延长石油（集团）有限责任公司 延安石油化工厂， 陕西 延安 727406）

聚丙烯装置轴功率波动的原因及改善措施

杨积渊，刘 升，宋红燕

（陕西延长石油（集团）有限责任公司 延安石油化工厂， 陕西 延安 727406）

聚丙烯生产中出现的环管轴流泵轴功率波动大的现象，对装置平稳长周期具有较大的影响。对轴流泵功率波动的原因进行了全面分析，通过优化工艺操作，减小了轴流泵功率的波动，保证了装置的安全平稳运行。

聚丙烯； 轴流泵； 轴功率； 波动

延安石油化工厂聚丙烯装置采用国产化第二代环管法聚丙烯工艺技术，设计年产本色聚丙烯粒料产品20 万t，年操作时间为8 000 h。该装置于2009年7月首次投料开车一次成功，但在生产中出现了环管轴流泵轴功率波动大的现象，通过分析开工以来轴流泵运行情况，找出影响轴流泵轴功率波动大的原因，通过调整工艺操作，制定了切实可行的防范措施，确保了装置长周期平稳运行。

1 原因分析

1.1 原料丙烯不凝气含量高

反应系统中不凝气含量较高是造成轴流泵P201、P202轴功率波动的原因之一。聚丙烯装置的原料丙烯是由气体分馏装置分馏得到的，其纯度≥99.6%。但由于气分装置的脱乙烷塔操作不稳、丙烯塔分离效果不好等原因，造成原料丙烯中含有少量乙烷、丙烷等惰性组分。

气体分馏装置生产出的丙烯产品经过聚丙烯装置的预精制单元输送到罐区，然后由罐区为聚丙烯装置提供原料。北方冬季由于气温低，容易造成罐区丙烯原料罐压力低导致原料泵抽空，因而需要用氮气为原料罐加压，即导致氮气混入原料丙烯中，这样就会使丙烯中不凝气含量增高。

随着原料丙烯参与反应，残留的不凝气含量逐渐积累增多形成气穴，使轴流泵产生气蚀、轴功率波动增大[1]。

1.2 反应器浆液密度的控制

反应器密度控制过高，内部浆液循环不均匀，造成轴流泵功率波动。

由图1和图2可以看出，环管中反应浆液密度越高，轴流泵的功率越大，其功率波动也越大。因为浆液密度高，也就是反应器中固体含量高，轴流泵的运载能力也越高，造成环管反应器内部浆液循环不均匀，使泵的轴功率不易达到稳定状态。工业经验表明，在 70 ℃下，反应器浆液密度控制在550～560 kg/m3以下操作良好，超过这个密度，泵的吸收功率急剧上升，导致操作不稳定[2]。

1.3 反应器压力

环管反应器压力过低，容易造成丙烯温度与其饱和蒸汽压不成对应关系，导致大量丙烯气化，形成气相空间，导致轴流泵形成气蚀现象，造成轴流泵轴功率波动。

图1 浆液密度与轴功率的关系Fig.1 Relationship between slurry density and the shaft power

图2 浆液密度与轴功率波动大小的关系Fig.2 Relationship between slurry density and the fluctuation of shaft power

1.4 轴流泵自身原因

轴流泵叶轮松动，电机、泵体轴承磨损，轴流泵密封系统损坏，电机、泵体的基础固定螺栓松动等原因，也会造成轴流泵功率波动增大[3]。

1.5 丙烯和氢气进料

由于丙烯进料泵 P301出口压力波动，以及丙烯进料控制阀的PID参数调节不当，使丙烯进料量波动，反应器里的聚合反应形不成稳定的反应环境，反应不均匀，导致环管轴流泵轴功率波动。

氢气是用来调节聚丙烯产品的熔融指数（MFR），同时也是催化剂的活化剂[3]。聚合反应中的氢转移会使催化剂活性提高，所以随着氢气浓度的增加，聚合反应也会加剧。因此，氢气进料的波动也会导致反应波动，轴流泵轴功率波动。此外，氢气进料太大，可能导致氢气不能完全溶入液相丙烯中，使环管反应器中出现气相空间，导致轴流泵功率波动[2]。轴流泵叶轮夹带聚丙烯块料也可导致轴功率波动。

2 减少轴功率波动的措施

2.1 优化工艺操作减少反应器中不凝气

加强原料丙烯的质量监控，对尾气排放量进行调整。优化T701和T301系统的操作，使整个环管反应器中的不凝气含量减少。首先提高 T701进料丙烯的温度，由原来控制的 45 ℃提高到 52 ℃左右；压力也随之相应提高，由1.95 MPa提高到2.1 MPa。在调整温度和压力的同时遵循统一原则，如果T701系统压力低于此温度下丙烯的饱和蒸汽压，就会造成大量的丙烯气化，系统压力不容易控制，影响轻组分的正常排放，同时造成大量气相丙烯排放，丙烯单耗增加。

原料丙烯中丙烷含量相对较高，随着反应的进行，由于丙烷不参与反应，其积累量增加，如不及时排放，就会影响原料丙烯纯度，致使反应器中的催化剂活性相对不均匀，反应不均衡、浆液密度分布不均匀[4]，最终导致轴流泵受力不均匀，轴功率波动。因此在 T301系统中，定期分析丙烯冷凝器E301顶部排放尾气（AC12），根据监测数据及时调整冷凝器E301顶部排放阀FV323的开度[5]，减少系统中丙烷的含量。

2.2 提高反应器压力防止丙烯汽化

根据 SEI（中国石化工程建设公司）的设计，环管反应器的反应条件为70 ℃、3.4 MPa。但延安石油化工厂聚丙烯装置在开工初期出现了轴功率波动大的现象，据分析是由于反应器中存在着气相空间，于是将反应器的压力由原来的3.4 MPa提高到约3.55 MPa，轴功率波动得到明显改善。提高压力可使氢气尽可能的完全溶入到液相丙烯中，其它较轻组分也能被压缩成液态，减少气相空间，从而达到降低轴流泵轴功率波动的目的。

2.3 降低环管密度确保反应平稳

根据延安石油化工厂聚丙烯装置运行的实际情况，生产负荷控制在 19～21 t/h，环管密度控制在540～550 kg/m3，浆液密度平均稳定，轴流泵的轴功率波动较小。浆液密度控制越高，轴流泵功率波动越大，因为反应淤浆密度控制高，单位催化剂利用率高，丙烯循环速率相对慢，轻组分不能尽快的排出反应器[3]。此外，装置负荷高，丙烯循环量大，反应器内很容易在短时间内积存大量的不凝气；负荷高，反应剧烈，反应热不能及时撤走导致部分丙烯气化而产生气相空间，最终导致轴流泵功率波动加剧。

因此，为减小轴流泵功率波动范围，我们将浆液密度一般控制在530～540 kg/m3，装置负荷控制在 19～22 t/h，有效的解决了轴流泵轴功率波动大的问题。

2.4 稳定反应器的丙烯、氢气进料

环管丙烯进料量 FIC203、FIC231是自动控制的，由于原来的PID参数设定不合理，致使FIC203、FIC231的量上下波动达到1 000 kg左右，波动范围太大，为此，根据实际情况对其PID参数进行调整，调整后的FIC203的流量波动约300 kg，极大地稳定了环管进料量，进而稳定反应，对缓解轴流泵的轴功率波动有一定的作用。

氢气作为分子量调节剂，用来控制产品的熔融指数（MFR）。氢气的进料量的多少要根据产品牌号、浆液密度、丙烯流量等条件而决定的[1]。由于氢气是高效催化剂的一种重要活性剂，因此氢气进料量的波动会引起反应的波动，因而要稳定氢气的进料量。

2.5 实施轴流泵的动态监测

对轴流泵实行动态监护，按时记录轴流泵的运行参数，按时加油、加脂，避免因叶轮松动，电机、泵体轴承磨损，电机、泵体的基础固定螺栓松动、密封损坏等原因，造成轴流泵功率波动。

3 结 论

延安石油化工厂20万t/a聚丙烯装置在运行期间出现了轴流泵轴功率波动大的现象，经过原因分析，针对影响因素，通过减少反应器中不凝气、提高反应器压力、稳定丙烯和氢气进料、对轴流泵实行动态监测的办法，解决了轴流泵轴功率波动大的问题，为聚丙烯装置能够长周期、平稳运行奠定了基础。

[1] 张雪珍.聚丙烯工艺及产品开发新进展[J]. 石油化工, 2003, 32（7）:615-619.

[2] 金学兰.丙烯聚合反应动态模拟[J]. 化工自动化及仪表, 2005, 32（3）:7-10.

[3] 刘华强.国产聚丙烯环管工艺存在的问题及对策[J]. 湖北化工,2002（3）: 39-40.

[4] 苏培林.罗正鸿.环管工艺生产聚丙烯过程细粉产生的原因分析[J]. 现代化工, 2006, 10（26）:364-369.

[5] 顾祥柏，张思秀.环管聚丙烯装置复杂测量及控制[J]. 石油化工自动化, 1999（1）: 13.

Causes and Improving Measures of Fluctuation of Shaft Power in Polypropylene Plant

YANG Ji-yuan, LIU Sheng, SONG Hong-yan
（Shaanxi Yanchang Petroleum（Group）Co. , Ltd. Yan’an Petrochemical Works, Shaanxi Yan’an 727406, China）

Fluctuation of shaft power of axial flow pump often appears in production of polypropylene. The phenomenon has serious impact on long-period stable operation of the device. Reasons of fluctuation of shaft power of axial flow pump were roundly analyzed. Fluctuation of shaft power was reduced by optimizing process operations, and safe operation of the device was ensured.

Polypropylene; Axial flow pump; Shaft power; Fluctuation

TQ 325.1

A

1671-0460（2011）07-0737-03

2011-04-25

杨积渊（1986-），男，陕西吴起人，助理工程师，2008年毕业于延安大学化学专业，现从事聚丙烯生产工作。E-mail：yangjiyuancr@163.com。