聚乙烯装置调温水区域设备布置优化

2016-09-15杨兴华

山东化工 2016年14期

关键词：管束温水冷却器

杨兴华

(中石化宁波工程有限公司工艺安装室, 浙江宁波 315103)

聚乙烯装置调温水区域设备布置优化

杨兴华

(中石化宁波工程有限公司工艺安装室, 浙江宁波 315103)

通过介绍气相法聚乙烯装置调温水区域的设备布置要点，以及对两套同等规模及技术来源一致的装置研究，提出该区域的设备布置优化方案。

气相法；聚乙烯；调温水区域；设备布置；优化

1 概述

目前聚乙烯的生产方法主要有淤浆法、溶液法及气相法。而气相法以其工艺流程简单、建设投资少、可以在较宽范围内调节产品等特点[1]，在世界范围内得到广泛地应用。该工艺分为原料精制、聚合反应、粉料树脂处理、粒料树脂掺混、排放气回收等单元，而本文主要介绍聚合反应单元中的调温水区域。

由于聚合过程为放热反应，若不及时将释放的热量移出，温度的上升将会加快聚合反应的进程，从而释放更多的热量，形成一个恶性循环。而且温度过高，将导致粉料树脂达到熔融温度而在反应内发生结块爆聚事故[2]。因此，为了及时将反应所释放出的热量移出，保证反应器内聚合反应的稳定进行，在反应单元设置有调温水系统。整个调温水系统，包括调温水换热器、调温水泵、循环气冷却器、膨胀罐。

2 设备布置要点

调温水区域的设备布置，在满足泵与换热器检修的前提下，需紧凑布置，以使整个调温水回路的管线尽量短，反应床层温度的滞后时间最小。

2.1 调温水冷却器

该设备为板式换热器，共3台，2开1备设置，调温水与循环水逆向流动进行热交换。调温水冷却器布置时，设备间的距离需满足厂家要求的检修空间要求。调温水冷却器需定期清理内部的污垢，但不需要将设备整体吊出，只需松开固定翅片的螺栓，用高压水枪一片片清理。在清理过程中将会产生大量的污水，若在设备周围不设置收集装置，水将在换热冷却器所在区域地面上漫流，一方面影响整个区域的美观，另一方面，若遇到寒冷天气，则容易结冰而影响通行，因此，需在设备附近设置用于收集污水的地漏或地沟。

2.2 循环气冷却器

该设备共需2台，一开一备设置，为固定管板式卧式换热器，管程介质为循环气，壳层介质为调温水。循环气携带有少量粉料树脂，随着运行时间的增加，粉料慢慢在管束中淤积，逐渐堵塞整个管束，降低循环气与调温水间的换热效果，从而影响到对反应器内床层温度的控制，因此需定期将冷却器切换出来，清理管束堵塞物。而清理管束内的淤积物，需先将两侧的管箱拆除，使用长度比管束长约2m左右的钻具进行清理(也有清理时使用高压水枪，但由于该方法力度不好掌控，容易对管束造成损伤，不建议采用)，而循环气冷却器为单管程结构，管束较长(长度可达15m)，因此循环气冷却器的管程进出口侧至少有一侧需满足钻具所需要的空间要求。拆除冷却器管箱及切换冷却器时也需使用吊具，在冷却器周围也都需要预留出吊具的布置及其运行空间。以上的空间要求，在最初设备布置时就需予以考虑。其次，循环气冷却器在开车前调试阶段或检修时需排出大量的水，换热器内调温水进出口的操作温度分别为38℃/44℃，为了避免人员被热水烫伤及调温水在大区域漫流，在换热器周围增加的收集装置需引至冷却器各排净口。

2.3 调温水泵

该泵为水平吸入和排出的离心泵，共需2台，1开1备设置。首先，泵的布置应满足其自身检维修的要求，周围应有吊具的布置及其运行空间，以及满足操作和检修人员能方便进出的通道。其次，为了减少调温水管道长度，降低控制反应床层温度滞后时间，以及在配管设计时实现调温水进任意一台调温水泵和循环气冷却器的管线长度相同，在满足检维修及配管安装空间的前提下，两台泵应尽量靠近布置，且两台泵进出口朝向需一致。第三，泵的周围需设置地沟或地漏，用于收集在泵检修时由其内部排出的污水及管线内调温水。

3 设备布置研究

本文A、B两套装置为已完成工程设计的同规模聚乙烯装置：采用的技术均为同一气相法工艺，设备台数和开备用设置均一致。通过对该两套装置的调温水区域设备研究，总结出优化的方案。

图1为A装置调温水区域设备布置：调温水泵布置在循环气冷却器一侧，泵进出口与循环气冷却器中心线垂直，调温水冷却器布置在泵左侧，配管侧朝下。该布置的优点为循环气冷却器出口侧、调温水泵均靠近道路布置，循环气冷却器入口和调温水冷却器周围也留有足够的空间，有利于设备检修和冷却器切换时吊装机具的进入作业。缺点是调温水泵与循环气冷却器的距离太远，对反应器床层的温度控制滞后性较大。

图1 A装置调温水区域设备布置

图2为B装置调温水区域设备布置：调温水泵布置在循环气冷却器一侧，泵进出口与循环气冷却器中心线垂直，调温水冷却器布置在泵上侧，配管侧朝左。该布置的优点为相比于图6，调温水泵更靠近循环气冷却器布置，调温水冷却器翅片侧靠近道路，有利于设备检修。缺点为雨淋阀室、区域管架及装置管廊将调温水泵与循环气冷却器包围，且冷却器进出口与结构立柱之间的间距均小于冷却器管束的长度，不利于设备检修及冷却器的切换。

图2 B装置调温水区域设备布置

4 设备布置优化

结合上述两个装置设备布置特点以及调温水区域设备布置的要点，确定了设备布置优化的总体方向：调温水泵与循环气冷却器就近布置，以及在泵的周围及循环气冷却器进出口均留出足够的检修空间。优化后设备布置见图3。图3是在图2布置的基础上进行优化，即装置主管廊依然在调温水区域一侧，具体优化措施为：将雨淋阀室移出调温水区域；将调温水泵如图2布置进行调整，但距离更靠近循环气冷却器布置；为了留出调温水泵和循环气冷却器的检修空间，将该区域的管架移至调温水区域中部，进出调温水区域的管线统一经由反应框架进入，因需要在反应框架和循环气冷却器之间的通道增加结构立柱，为了不影响运送催化剂钢瓶的叉车通行，需适当加大循环气冷却器与反应框架间的距离(本次方案增加了1米)；调整了装置主管廊的跨距，使结构立柱不妨碍钻具对循环气冷却器管束的清理；调整调温水冷却器管口侧的朝向，并将设备靠近调温水泵布置，以便减少整个调温水系统管道的总长度。