聚丙烯裝置軸功率波動(dòng)的原因及改善措施

楊積淵，劉 升，宋紅燕

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 延安石油化工廠， 陜西 延安 727406）

聚丙烯裝置軸功率波動(dòng)的原因及改善措施

楊積淵，劉 升，宋紅燕

（陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 延安石油化工廠， 陜西 延安 727406）

聚丙烯生產(chǎn)中出現(xiàn)的環(huán)管軸流泵軸功率波動(dòng)大的現(xiàn)象，對裝置平穩(wěn)長周期具有較大的影響。對軸流泵功率波動(dòng)的原因進(jìn)行了全面分析，通過優(yōu)化工藝操作，減小了軸流泵功率的波動(dòng)，保證了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

聚丙烯； 軸流泵； 軸功率； 波動(dòng)

延安石油化工廠聚丙烯裝置采用國產(chǎn)化第二代環(huán)管法聚丙烯工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)本色聚丙烯粒料產(chǎn)品20 萬t，年操作時(shí)間為8 000 h。該裝置于2009年7月首次投料開車一次成功，但在生產(chǎn)中出現(xiàn)了環(huán)管軸流泵軸功率波動(dòng)大的現(xiàn)象，通過分析開工以來軸流泵運(yùn)行情況，找出影響軸流泵軸功率波動(dòng)大的原因，通過調(diào)整工藝操作，制定了切實(shí)可行的防范措施，確保了裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行。

1 原因分析

1.1 原料丙烯不凝氣含量高

反應(yīng)系統(tǒng)中不凝氣含量較高是造成軸流泵P201、P202軸功率波動(dòng)的原因之一。聚丙烯裝置的原料丙烯是由氣體分餾裝置分餾得到的，其純度≥99.6%。但由于氣分裝置的脫乙烷塔操作不穩(wěn)、丙烯塔分離效果不好等原因，造成原料丙烯中含有少量乙烷、丙烷等惰性組分。

氣體分餾裝置生產(chǎn)出的丙烯產(chǎn)品經(jīng)過聚丙烯裝置的預(yù)精制單元輸送到罐區(qū)，然后由罐區(qū)為聚丙烯裝置提供原料。北方冬季由于氣溫低，容易造成罐區(qū)丙烯原料罐壓力低導(dǎo)致原料泵抽空，因而需要用氮?dú)鉃樵瞎藜訅?，即?dǎo)致氮?dú)饣烊朐媳┲?，這樣就會使丙烯中不凝氣含量增高。

隨著原料丙烯參與反應(yīng)，殘留的不凝氣含量逐漸積累增多形成氣穴，使軸流泵產(chǎn)生氣蝕、軸功率波動(dòng)增大[1]。

1.2 反應(yīng)器漿液密度的控制

反應(yīng)器密度控制過高，內(nèi)部漿液循環(huán)不均勻，造成軸流泵功率波動(dòng)。

由圖1和圖2可以看出，環(huán)管中反應(yīng)漿液密度越高，軸流泵的功率越大，其功率波動(dòng)也越大。因?yàn)闈{液密度高，也就是反應(yīng)器中固體含量高，軸流泵的運(yùn)載能力也越高，造成環(huán)管反應(yīng)器內(nèi)部漿液循環(huán)不均勻，使泵的軸功率不易達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。工業(yè)經(jīng)驗(yàn)表明，在 70 ℃下，反應(yīng)器漿液密度控制在550～560 kg/m3以下操作良好，超過這個(gè)密度，泵的吸收功率急劇上升，導(dǎo)致操作不穩(wěn)定[2]。

1.3 反應(yīng)器壓力

環(huán)管反應(yīng)器壓力過低，容易造成丙烯溫度與其飽和蒸汽壓不成對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致大量丙烯氣化，形成氣相空間，導(dǎo)致軸流泵形成氣蝕現(xiàn)象，造成軸流泵軸功率波動(dòng)。

圖1 漿液密度與軸功率的關(guān)系Fig.1 Relationship between slurry density and the shaft power

圖2 漿液密度與軸功率波動(dòng)大小的關(guān)系Fig.2 Relationship between slurry density and the fluctuation of shaft power

1.4 軸流泵自身原因

軸流泵葉輪松動(dòng)，電機(jī)、泵體軸承磨損，軸流泵密封系統(tǒng)損壞，電機(jī)、泵體的基礎(chǔ)固定螺栓松動(dòng)等原因，也會造成軸流泵功率波動(dòng)增大[3]。

1.5 丙烯和氫氣進(jìn)料

由于丙烯進(jìn)料泵 P301出口壓力波動(dòng)，以及丙烯進(jìn)料控制閥的PID參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)，使丙烯進(jìn)料量波動(dòng)，反應(yīng)器里的聚合反應(yīng)形不成穩(wěn)定的反應(yīng)環(huán)境，反應(yīng)不均勻，導(dǎo)致環(huán)管軸流泵軸功率波動(dòng)。

氫氣是用來調(diào)節(jié)聚丙烯產(chǎn)品的熔融指數(shù)（MFR），同時(shí)也是催化劑的活化劑[3]。聚合反應(yīng)中的氫轉(zhuǎn)移會使催化劑活性提高，所以隨著氫氣濃度的增加，聚合反應(yīng)也會加劇。因此，氫氣進(jìn)料的波動(dòng)也會導(dǎo)致反應(yīng)波動(dòng)，軸流泵軸功率波動(dòng)。此外，氫氣進(jìn)料太大，可能導(dǎo)致氫氣不能完全溶入液相丙烯中，使環(huán)管反應(yīng)器中出現(xiàn)氣相空間，導(dǎo)致軸流泵功率波動(dòng)[2]。軸流泵葉輪夾帶聚丙烯塊料也可導(dǎo)致軸功率波動(dòng)。

2 減少軸功率波動(dòng)的措施

2.1 優(yōu)化工藝操作減少反應(yīng)器中不凝氣

加強(qiáng)原料丙烯的質(zhì)量監(jiān)控，對尾氣排放量進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)化T701和T301系統(tǒng)的操作，使整個(gè)環(huán)管反應(yīng)器中的不凝氣含量減少。首先提高 T701進(jìn)料丙烯的溫度，由原來控制的 45 ℃提高到 52 ℃左右；壓力也隨之相應(yīng)提高，由1.95 MPa提高到2.1 MPa。在調(diào)整溫度和壓力的同時(shí)遵循統(tǒng)一原則，如果T701系統(tǒng)壓力低于此溫度下丙烯的飽和蒸汽壓，就會造成大量的丙烯氣化，系統(tǒng)壓力不容易控制，影響輕組分的正常排放，同時(shí)造成大量氣相丙烯排放，丙烯單耗增加。

原料丙烯中丙烷含量相對較高，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，由于丙烷不參與反應(yīng)，其積累量增加，如不及時(shí)排放，就會影響原料丙烯純度，致使反應(yīng)器中的催化劑活性相對不均勻，反應(yīng)不均衡、漿液密度分布不均勻[4]，最終導(dǎo)致軸流泵受力不均勻，軸功率波動(dòng)。因此在 T301系統(tǒng)中，定期分析丙烯冷凝器E301頂部排放尾氣（AC12），根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整冷凝器E301頂部排放閥FV323的開度[5]，減少系統(tǒng)中丙烷的含量。

2.2 提高反應(yīng)器壓力防止丙烯汽化

根據(jù) SEI（中國石化工程建設(shè)公司）的設(shè)計(jì)，環(huán)管反應(yīng)器的反應(yīng)條件為70 ℃、3.4 MPa。但延安石油化工廠聚丙烯裝置在開工初期出現(xiàn)了軸功率波動(dòng)大的現(xiàn)象，據(jù)分析是由于反應(yīng)器中存在著氣相空間，于是將反應(yīng)器的壓力由原來的3.4 MPa提高到約3.55 MPa，軸功率波動(dòng)得到明顯改善。提高壓力可使氫氣盡可能的完全溶入到液相丙烯中，其它較輕組分也能被壓縮成液態(tài)，減少氣相空間，從而達(dá)到降低軸流泵軸功率波動(dòng)的目的。

2.3 降低環(huán)管密度確保反應(yīng)平穩(wěn)

根據(jù)延安石油化工廠聚丙烯裝置運(yùn)行的實(shí)際情況，生產(chǎn)負(fù)荷控制在 19～21 t/h，環(huán)管密度控制在540～550 kg/m3，漿液密度平均穩(wěn)定，軸流泵的軸功率波動(dòng)較小。漿液密度控制越高，軸流泵功率波動(dòng)越大，因?yàn)榉磻?yīng)淤漿密度控制高，單位催化劑利用率高，丙烯循環(huán)速率相對慢，輕組分不能盡快的排出反應(yīng)器[3]。此外，裝置負(fù)荷高，丙烯循環(huán)量大，反應(yīng)器內(nèi)很容易在短時(shí)間內(nèi)積存大量的不凝氣；負(fù)荷高，反應(yīng)劇烈，反應(yīng)熱不能及時(shí)撤走導(dǎo)致部分丙烯氣化而產(chǎn)生氣相空間，最終導(dǎo)致軸流泵功率波動(dòng)加劇。

因此，為減小軸流泵功率波動(dòng)范圍，我們將漿液密度一般控制在530～540 kg/m3，裝置負(fù)荷控制在 19～22 t/h，有效的解決了軸流泵軸功率波動(dòng)大的問題。

2.4 穩(wěn)定反應(yīng)器的丙烯、氫氣進(jìn)料

環(huán)管丙烯進(jìn)料量 FIC203、FIC231是自動(dòng)控制的，由于原來的PID參數(shù)設(shè)定不合理，致使FIC203、FIC231的量上下波動(dòng)達(dá)到1 000 kg左右，波動(dòng)范圍太大，為此，根據(jù)實(shí)際情況對其PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的FIC203的流量波動(dòng)約300 kg，極大地穩(wěn)定了環(huán)管進(jìn)料量，進(jìn)而穩(wěn)定反應(yīng)，對緩解軸流泵的軸功率波動(dòng)有一定的作用。

氫氣作為分子量調(diào)節(jié)劑，用來控制產(chǎn)品的熔融指數(shù)（MFR）。氫氣的進(jìn)料量的多少要根據(jù)產(chǎn)品牌號、漿液密度、丙烯流量等條件而決定的[1]。由于氫氣是高效催化劑的一種重要活性劑，因此氫氣進(jìn)料量的波動(dòng)會引起反應(yīng)的波動(dòng)，因而要穩(wěn)定氫氣的進(jìn)料量。

2.5 實(shí)施軸流泵的動(dòng)態(tài)監(jiān)測

對軸流泵實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)，按時(shí)記錄軸流泵的運(yùn)行參數(shù)，按時(shí)加油、加脂，避免因葉輪松動(dòng)，電機(jī)、泵體軸承磨損，電機(jī)、泵體的基礎(chǔ)固定螺栓松動(dòng)、密封損壞等原因，造成軸流泵功率波動(dòng)。

3 結(jié) 論

延安石油化工廠20萬t/a聚丙烯裝置在運(yùn)行期間出現(xiàn)了軸流泵軸功率波動(dòng)大的現(xiàn)象，經(jīng)過原因分析，針對影響因素，通過減少反應(yīng)器中不凝氣、提高反應(yīng)器壓力、穩(wěn)定丙烯和氫氣進(jìn)料、對軸流泵實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測的辦法，解決了軸流泵軸功率波動(dòng)大的問題，為聚丙烯裝置能夠長周期、平穩(wěn)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

[1] 張雪珍.聚丙烯工藝及產(chǎn)品開發(fā)新進(jìn)展[J]. 石油化工, 2003, 32（7）:615-619.

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[3] 劉華強(qiáng).國產(chǎn)聚丙烯環(huán)管工藝存在的問題及對策[J]. 湖北化工,2002（3）: 39-40.

[4] 蘇培林.羅正鴻.環(huán)管工藝生產(chǎn)聚丙烯過程細(xì)粉產(chǎn)生的原因分析[J]. 現(xiàn)代化工, 2006, 10（26）:364-369.

[5] 顧祥柏，張思秀.環(huán)管聚丙烯裝置復(fù)雜測量及控制[J]. 石油化工自動(dòng)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

楊積淵（1986-），男，陜西吳起人，助理工程師，2008年畢業(yè)于延安大學(xué)化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事聚丙烯生產(chǎn)工作。E-mail：yangjiyuancr@163.com。