聚乙烯装置脱气仓压力的优化
2013-05-15刘卫东
刘卫东，白 鸿
（1. 沈阳石蜡化工有限公司，辽宁 沈阳 110141； 2. 沈阳金碧兰化工有限公司，辽宁 沈阳 110000）
主流气相法聚乙烯生产工艺中用脱气仓来脱除树脂中夹带的烃类物质。在这类工艺中，离开反应器的树脂粉末通常会溶解各种烃类。尽管有些烃在反应器排放减压时被闪蒸出去，但仍然有一些残留在树脂中，因此必须用氮气脱气，保证在树脂中残留的烃的浓度要足够低，达到安全范围以内，防止它们进入下游的储存和处理设备。个别生产商曾经由于烃残留发生过爆炸事故。
1 问题的分析
1.1 理论分析
根据亨利定律：烃的溶解性与压力的关系
式中: H —亨利定律常数;
Py—烃分压;
x —溶解在树脂中烃类的质量分数。
降低烃类残留的方向主要是降低烃分压，在反应器中烃类组成基本不变的情况下，降低脱气仓压力是直接降低烃类分压的办法。降低脱气仓压力将能使脱气效果更佳，进一步可以降低脱气仓中的氮气使用量，节约能源。
1.2 流程分析
脱气仓与排放气回收压缩机相连，中间有两个过滤器5010和5223，存在过滤器压降，因此：
即：
结论：降低脱气仓压力主要方法是降低以下 3个指标：排放气压缩机入口压力、5010压降、5223压降。
2 优化实施
2.1 降低压缩机入口压力PICA5206-1
压缩机入口压力由回流控制，压力低时回流阀打开（单回路控制）。
限制条件：入口压力低，联锁停压缩机。我们通过与压缩机厂家的探讨研究，觉得可以降低联锁压力值，低压运行时主要观察压缩机缸体温度和一段出口温度，防止过热。目前压缩机一段出口温度135 ℃左右，高报值为150 ℃，联锁停车值为160℃，还有较大余量。压缩机初始设定的入口压力低连锁值由5 kPa降至3 kPa，最后降为为0 kPa。放宽了限制条件。
2.1.1 减小入口压力波动
原来波动状态如图1。
图1 压缩机入口压力时间序列图Fig.1 Compressor inlet pressure time series graph before optimize
如图1所示，由于过调严重最低点低于设定值6 kPa约2 kPa，容易达到连锁停车值。
需要通过控制回路整定，减小压缩机入口压力波动，尤其是要消除过调。
2.1.2 控制回路整定和设定值调整
控制回路整定后，过调消除了。在此基础上又调整了设定值，如图2。
图2 压缩机入口压力时间序列图优化前后对比Fig.2 Compressor inlet pressure time series graph compared before and after optimization
虚线是我们把设定值由6 kPa降至4 kPa，如图所示最低值基本等于设定值，压缩机低压连锁停机的风险减小。
2.1.3 脱气仓压力变化
通过降低压缩机入口压力的降低，脱气仓平均压力由10.7 kPa降低至8.5 kPa,如图3。
2.2 过滤器压差降低
过滤器主要是过滤细粉。
（1）细粉量越多，滤袋堵得越快，控制细粉量是一个较大课题，主要是调整催化剂配方，这里不做研究，可以另行优化；
（2）再有就是采用质量好的滤袋：结实不破损，用的时间长；
（3）不容易堵塞的（即过虑细粉，经吹扫又容易脱落的袋子）；
图3 脱气仓平均压力压力时间序列图优化前后对比Fig.3 Purge bin average pressure time series graph compared before and after optimization
以前为了降成本，采用国产袋子，1-2个月就堵了，造成压差增大。目前选用材料进口、国内加工的袋子， 2013年3月24日停车更换了这种新型号袋子。4月26日开车后脱气仓压力进一步降至7.4 kPa如图4。
图4 脱气仓平均压力压力时间序列图优化前后对比Fig.4 Purge bin average pressure time series graph compared before and after optimization
图5 压缩机入口压力—压缩机出口温度时间序列图优化前后对比Fig.5 Compressor inlet pressure- compressor outlet temperature time series graph compared before and after optimization
2.3 压缩机适应性验证
压缩机入口压力降低，出口压力不变，压缩比增加，我们担心压缩机出口温度会升高，为此我们进行了验证，见图5。下部曲线是压缩机入口压力，上部曲线是一段出口温度，随入口压力降低2 kPa，温度约提高1~2 ℃度，变化不大，在140 ℃左右，距离报警值150 ℃较远，距离联锁停车值160 ℃更远，可见上述优化对压缩机不会造成伤害。
3 结束语
通过优化，进一步降低了脱气仓的压力，提高了烃类挥发的动力，为降低粉末烃含量打下良好基础，对装置安全运行起到积极作用。为下一步降低氮气用量打下良好基础。
