聚酯装置真空系统工艺及设备改进

2014-08-05史凯迎石洪波王振忠鄢红玉

合成纤维工业 2014年4期

史凯迎，付斌，石洪波，王振忠，鄢红玉

(1.中国石油辽阳石化分公司，辽宁辽阳111003;2.英华化工厂，辽宁辽阳111003)

聚酯装置中真空系统的作用是抽脱缩聚反应过程中所产生的乙二醇及少量水、醛类及低聚物，提供反应所需的真空条件。乙二醇喷淋系统设置在真空系统的入口，其作用是通过向系统中喷入冷乙二醇，将从反应器抽出的含有乙二醇、水和齐聚物等的高温气体降温冷凝，形成初级真空。在实际生产中，中国石油辽阳石化分公司200 kt/a聚酯装置的真空系统故障较频繁，其主要问题在于乙二醇喷淋系统。作者分析了聚酯装置真空喷淋系统堵塞和结垢的原因，通过合理的工艺优化进一步完善聚酯真空喷淋系统工艺，延长装置运转周期，预防在真空系统管道内积聚物料，避免真空管道结垢、缩径和堵塞现象［1］。

1 聚酯装置真空系统工艺流程简介

从图1可看出，聚酯装置的真空乙二醇喷淋冷凝系统由乙二醇循环泵、板式冷却器、刮板冷凝器以及液封槽组成，缩聚反应产生的气体首先进入刮板冷凝器内，经过乙二醇的喷淋，使乙二醇蒸气以及夹带出来的低聚物冷凝下来，通过降液管进入到液封槽的内室，内室的乙二醇经过挡板和滤篮的过滤进入到液封槽的外室，再经过乙二醇循环泵使其循环喷淋。喷淋系统效率高低的评价主要有两个方面［1］:一是齐聚物、乙二醇和水等被冷凝的比率越高、出口尾气的温度越低，效率越高;其二就是循环乙二醇越干净越好［1－2］。聚酯装置经长时间运转，发现真空喷淋系统管线内发生结垢、缩径，给工艺调整带来一定的困难，当缩径严重时会造成管线堵塞，导致装置停产。

图1 聚酯装置真空喷淋系统工艺流程Fig.1 Flow diagram of vacuum spray system of PET plant

2 聚酯装置真空系统工艺改进措施

2.1 增设真空抽料系统

缩聚釜反应产生气体所夹带的低聚物质在经过刮板冷凝器后析出，绝大部分存留在液封槽的内室，经刮板式搅拌器清除的齐聚物结块被液封槽滤网挡住，沉积在槽底，定期排放。但是在析出的物质中，体积较小的物质不容易被清除，尤其是类似粉末的物质悬浮于乙二醇中，随着乙二醇在喷淋系统中循环，这也是增加真空喷淋系统管路堵塞的原因之一。从图2可看出，在真空抽料系统液封槽内室的底部连接一根管线直接接于真空泵的入口处，在管路上装有一细网的过滤器、膨胀节以及控制抽吸的阀门等，将细小的低聚物排除到系统之外。此真空抽料系统为间歇式操作，根据装置生产负荷确定使用周期，装置满负荷时每两天启动一次抽料系统。

图2 真空抽料系统示意Fig.2 Schematic diagram of vacuum pump feeding system

真空抽料系统使用流程如下:首先关闭阀门②和阀门③，打开控制真空的阀门①，利用装置现有的真空系统使其管路里面为真空状态，然后关闭阀门①，按顺序打开阀门③和阀门②。由于压差的关系，液封槽里的乙二醇经过新增的过滤器进入到抽料系统的管路中，乙二醇中悬浮物被过滤器过滤掉，达到清洁的目的。管路上设计膨胀节的目的是为了能够更多地抽出脏的乙二醇。待抽料结束后，打开阀门③将过滤后的乙二醇排放回液封槽的外室，最后清洗过滤器。通过以上抽吸过程可以将聚集在液封槽内室底部的大量低聚物抽吸到过滤器里面，起到了排除到系统之外作用，缩短了乙二醇循环泵的切换频率，同时也减缓了喷淋系统管道结垢、缩径的问题。

2.2 刮板冷凝器改造

从图3可看出，喷淋乙二醇将反应釜里抽出来的乙二醇蒸气及其夹带物进行喷淋冷凝，由于乙二醇蒸气在冷凝降温过程中会把其中夹带的低聚物析出，这些低聚物冷却析出后附着在刮板的内壁上［3］。刮板冷凝器内设刮板式搅拌器，刮板不断旋转，刮刀将这些挂在壁和聚集在入口处的低聚物块刮下排除。聚合物容易结成硬块，并且越集越大，越积越多，最后导致刮板冷凝器转动系统不堪重负，就可能出现联轴节断销、刮板拧弯等现象。自开车生产以来，预缩聚Ⅱ釜刮板和终缩聚刮板冷凝器各出现一次故障，这是因为刮板冷凝器堵料而刮刀无法正常旋转，生产上只能将生产负荷降到最低勉强维持到大修期间停车处理。根据这两次故障发现刮板的刮刀被大料块卡住无法向正常方向运转，刮刀只能反向运转，但是反向运转刮刀没有刀刃，无法切击堆积的高硬度的物料，这是刮板冷凝器运行的一个弊端。

图3 刮板冷凝器刮刀改造示意Fig.3 Diagram of scraper condenser cutter transformation

为了使刮板冷凝器能长期运行，对刮板冷凝器刮刀进行了改造，在刮刀背面焊接上方向相反的刮刀，将刮刀改为双刃，其优点:一是能加强刮刀的强度，使刮刀不易变形;二是刮板冷凝器的刮刀运转具有方向性，在正常的生产运行过程中朝刮刀刀刃方向运转，刮刀被大料块卡住无法正常方向运转时，通过电机的定时反转可以使刮刀反向运转，利用刀刃去切击堆积的高硬度的物料，延长刮板运转时间。

2.3 喷淋管线清洗工艺改进

2.3.1 装置改造前的清洗流程

在喷淋管线改造前，生产中真空系统发生故障后，确定是由于喷淋管线堵塞或缩径严重引起乙二醇喷淋不足，而致使真空发生波动时，处理方法是停车后通过碱洗和水洗过程对喷淋管线进行处理，这也是制约装置长周期生产的瓶颈。

(1)碱洗过程

从图4可看出，在碱洗前液封槽中的乙二醇和残渣倒空。向液封槽内投入1 t质量分数为40% ～42%的碱溶液，然后再加入6 m3水，配制成质量分数6%～7%碱溶液，利用蒸汽将碱液加热到60～70℃。启动乙二醇循环泵，使碱液在液封槽经换热器到刮板冷凝器之间循环，循环时间在8～12 h。清洗完毕拆下乙二醇流量表和自动控制阀，检查管线清洗效果。废碱液排到碱液收集罐中加水进行稀释，经泵送到公用车间排污井。

(2)水洗过程

整个喷淋系统碱清洗完毕后，在管道表面、泵体及阀体残留碱性清洗剂，对其有一定的腐蚀性，所以碱清洗结束后要马上进行水洗。水清洗采用两次清洗过程，第一次水清洗采用温度约60℃热水;第二次水洗可采用室温水洗。每次水洗的时间为1～2 h，可以将残余的碱液洗净，防止腐蚀管线和设备。水洗流程和碱洗流程相同。

图4 原喷淋管线清洗工艺示意Fig.4 Schematic diagram of former spray pipeline cleaning process

2.3.2 装置改进后的清洗流程

(1)真空喷淋管线改造

从图5可看出，通过改造将乙二醇喷淋系统设计成为两套可以独立循环的管路，这两套循环管路在正常生产时一备一用，当在线管路发生堵塞或缩径时可以切换到备用的循环管路，新增的清洗系统可以进行在线碱洗和水洗，解决了喷淋系统出现故障时只能停车处理的弊端。通过增加的清洗管线将:A泵→换热器A→刮板冷凝器组成一循环回路和B泵→换热器B→碱液收集槽通过碱液清洗管线组成另一回路循环，互不影响，达到了在线清洗的效果。其中A泵和B泵之间相互连通，两个循环泵可相互工作于两个独立的循环清洗管路。

(2)在线清洗流程

以清洗B泵与换热器B管线为例介绍清洗流程:在生产时当B泵与换热器B管线发生堵塞时，启动A泵→换热器A→刮板冷凝器循环回路给系统喷淋。在线清洗B泵与换热器B管线，具体流程如下:如图5所示，关闭阀门⑥⑦⑧⑨，按照碱洗方案向碱液收集槽注入质量分数为15%左右的碱液，然后打开蒸汽阀，对碱液进行加热，当碱液温度达到40℃左右时，打开阀①将碱液充入B泵(碱液收集槽的高度比泵A/B略高)，启动B泵，然后按照顺序打开阀门③④⑤②，使得碱液能够在B泵→换热器B→碱液收集槽管线这一回路中循环。保持碱液在70℃左右循环8 h。最后关闭加热阀，停泵降温后将碱液回收到碱液收集槽内。碱清洗结束后，从拆下流量表和自动控制阀连接的管口处可以判断是否清洗干净。整个系统碱清洗完毕后，用同碱清洗相同的流程对系统再进行水洗，水洗的时间为1～2 h，把残余的碱液洗净，以防止腐蚀管线和设备。