淤漿外循環(huán)撤熱技術(shù)在聚乙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘 要：聚乙烯是在工業(yè)及居民生產(chǎn)生活中應(yīng)用較多的化工產(chǎn)品，做好對于聚乙烯的生產(chǎn)經(jīng)濟的發(fā)展有著重要的意義。在以往的聚乙烯的生產(chǎn)過程中，其聚合反應(yīng)器的生產(chǎn)能力往往會受到整個系統(tǒng)撤熱能力的限制，文章在對聚乙烯HDPE裝置進行全面分析的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)撤除聚合釜聚合反應(yīng)熱是提高聚乙烯聚合裝置產(chǎn)能的關(guān)鍵技術(shù)之一，在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上對聚乙烯聚合設(shè)備及配管方面對聚乙烯裝置漿液外循環(huán)系統(tǒng)中由于堵塞問題而導(dǎo)致的設(shè)備撤熱能力下降的問題進行了分析討論，并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：聚乙烯；聚合反應(yīng)；漿液系統(tǒng)堵塞；改造

前言

做好對于聚乙烯聚合裝置的改擴建是提高聚乙烯產(chǎn)能的重要舉措，在對聚乙烯聚合裝置改擴建的技術(shù)中，使用漿液外循環(huán)冷卻撤熱技術(shù)是其中較為經(jīng)濟、有效的一種方法，對聚乙烯聚合裝置中的漿液從聚合釜底部的漿液使用循環(huán)泵輸送至外循環(huán)換熱裝置，待漿液冷卻后再返回聚合釜，使用水作為冷卻劑，在這一過程中，外循環(huán)管道除了充當(dāng)換熱器外還充當(dāng)著反應(yīng)器的角色，相較于聚合釜中聚合反應(yīng)，采用外循環(huán)冷卻線路時，其由于溫度下降較快，在溫度下降的過程中其內(nèi)部的聚合反應(yīng)仍在繼續(xù)，在這一過程中，聚合反應(yīng)物容易粘附在管道的內(nèi)壁造成整個循環(huán)系統(tǒng)的堵塞，影響外循環(huán)冷卻系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。因此，需要做好對于聚乙烯擴建中外循環(huán)系統(tǒng)工藝設(shè)備管線的綜合優(yōu)化，確保聚乙烯聚合反應(yīng)的正常進行。

1 聚乙烯聚合反應(yīng)中造成外循環(huán)冷卻系統(tǒng)堵塞原因分析

在聚乙烯聚合反應(yīng)中外循環(huán)冷卻系統(tǒng)的使用過程中出現(xiàn)堵塞的問題時有發(fā)生，嚴(yán)重制約了聚乙烯聚合反應(yīng)的正常進行，同時也對聚乙烯聚合裝置運行的穩(wěn)定性與可靠性造成了極大的安全隱患。造成聚乙烯聚合反應(yīng)外循環(huán)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞的原因主要有：（1）冷卻循環(huán)的漿液中含有較多的低相對分子量聚合物，當(dāng)漿液冷卻溫度低于60℃時其將會從溶劑中析出，并在循環(huán)運行中粘附在循環(huán)管道的管壁中。（2）在冷卻循環(huán)的過程中當(dāng)循環(huán)系統(tǒng)的撤熱效果不足時將會使得冷卻循環(huán)管道中局部過渡聚合，聚合物凝結(jié)塊隨著漿液的循環(huán)堵塞在管道中的接口處。（3）冷卻循環(huán)中如果漿液的循環(huán)量較大使得聚合釜內(nèi)擦底管所流出的反應(yīng)原料氣被再次吸入到循環(huán)系統(tǒng)中，從而使得外循環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生局部凝結(jié)塊堵塞循環(huán)管路。

2 聚乙烯裝置漿液外循環(huán)系統(tǒng)綜合優(yōu)化方法

2.1 聚乙烯聚合外循環(huán)工藝流程優(yōu)化

聚乙烯聚合外循環(huán)工藝流程是通過使用循環(huán)泵將循環(huán)漿液從聚合釜中抽出并在外部換熱器冷卻后返回聚合釜，在這一過程中，溶解在漿液中的乙烯繼續(xù)在進行聚合反應(yīng)。同時由于循環(huán)管內(nèi)乙烯單體濃度遠低于釜內(nèi)，使得循環(huán)管內(nèi)低聚物的比例要遠比釜內(nèi)高，較為容易發(fā)生聚合物粘附在管壁中從而造成管壁堵塞。因此，需要將冷卻外循環(huán)漿液的引出口設(shè)置在聚合釜的下段較為合適，從而使得更多的乙烯單體可以進入到冷卻循環(huán)管中，增大冷卻循環(huán)管中所含有乙烯的單體濃度，降低低聚合物形成的幾率。同時將冷卻循環(huán)漿液導(dǎo)入到聚合釜中可以有以下兩種方式：（1）從聚合釜的中側(cè)部將冷卻后的循環(huán)漿液導(dǎo)入到聚合釜中，采用此種漿液導(dǎo)入方式可以使得冷卻循環(huán)漿液兩者之間得到充分的混合，并沿著管壁的壁面上升，但是不足之處是在混合時作用的時間較短，兩者之間的混合均勻度不高，從而使得在聚合釜的中部靠近壁面的區(qū)域總是存在一個溫度較低的區(qū)域，在這一區(qū)域中由于溫度較低將會導(dǎo)致低聚析出的幾率更大，這些低聚物在釜內(nèi)壁上粘附造成粘壁和掛壁的問題。（2）將冷卻循環(huán)漿液的引入口開設(shè)在聚合釜的上部，從而使得外循環(huán)冷卻漿液都能夠盡可能的與漿液的中心向靠近，從而使得兩者的混合更為均勻，避免在混合區(qū)域出現(xiàn)低溫區(qū)域?qū)е碌途畚锏拇罅课龀?。采用此種方式可以使得釜內(nèi)混合狀態(tài)良好、分布均勻，即使在混合時兩者之間混合不均勻也不會形成低溫區(qū)域而導(dǎo)致低聚物析出導(dǎo)致管壁的粘附。

在聚乙烯聚合裝置的改擴建過程中聚合釜采用的是不銹鋼作為主材，同時為提高保溫效果在其中含有夾層，導(dǎo)致不宜隨意在聚合釜上進行開孔。因此，在聚乙烯裝置的改擴建過程中利用原有的孔，采用下出側(cè)進的循環(huán)漿液進出方式，將冷卻循環(huán)漿液從聚乙烯聚合釜底使用循環(huán)泵抽出，在外部進行冷卻后將其從聚合釜的中側(cè)部導(dǎo)回到聚合釜內(nèi)。同時為了使得循環(huán)冷卻后的漿液盡可能的導(dǎo)入到聚合釜內(nèi)漿液的中心區(qū)域，使得兩者之間的混合更為均勻，導(dǎo)回的引入管可以水平深入釜中0.5-1.0m左右，確保導(dǎo)入效果。

2.2 做好對于外部循環(huán)換熱器的結(jié)構(gòu)性綜合優(yōu)化

在外部循環(huán)冷卻換熱器的選擇上現(xiàn)今多采用的是管殼式淤漿外循環(huán)換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為提高換熱效果，需要將其改成為錐形結(jié)構(gòu)，從而可以有效的消除封頭內(nèi)的滯留區(qū)，從而減少了換熱器內(nèi)發(fā)生堵塞的幾率，其中錐形結(jié)構(gòu)域管板之間的夾角范圍為10°～80°之間。在改變換熱器結(jié)構(gòu)形式的同時，還需要對導(dǎo)流設(shè)施加以優(yōu)化：（1）在一級或多級換熱器管程淤漿進口段形成錐形導(dǎo)流孔，這些導(dǎo)流孔的形成會加強漿液在錐形封頭內(nèi)流動的能力，盡可能的減小滯留區(qū)，從而有效的降低了換熱器堵塞的幾率。（2）將換熱器管程淤漿進口端封頭直管段使用螺旋導(dǎo)流器，這些導(dǎo)流器可以使用鋼板或是鋼絲制成，為提高導(dǎo)流效果可以設(shè)置多組，通過采用此種導(dǎo)流器會在換熱器內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)流，使得漿液在封頭處的兩向流動能力加強，減少了淤漿中的固體顆粒在其中堆積的幾率。（3）換熱器管子在管板處的擴孔。管子在管處的擴孔能夠降低管板出的滯留區(qū)，其中這些擴孔可以開在換熱器管程的進口或是出口處，開在哪一端可以根據(jù)現(xiàn)場的實際需求進行選擇。

2.3 做好對于化工設(shè)備工藝管道設(shè)計的優(yōu)化

淤漿外冷循環(huán)走料管程內(nèi)壁及相關(guān)漿液管線需要對其進行拋光處理，降低低聚物在管壁附著的可能性。同時為了避免在彎頭部分堵塞，在彎頭的選擇上可以采用5D大曲率半徑的彎頭，盡可能的確保管線的順直，同時配管要求盡可能的短，杜絕袋型區(qū)域的存在，在一些關(guān)鍵管線上應(yīng)設(shè)置沖洗和吹掃管線，降低物料粘附在管壁的可能性，同時對于放凈管線上的切斷閥處，為避免造成堵塞，需要適當(dāng)?shù)奶岣邼{液的流動速度，避免堵塞的發(fā)生。提高漿液流動速度可以選擇較大功率的漿液循環(huán)泵。對于從聚合釜到循環(huán)泵這一管線需要設(shè)置有一定的坡度，提高流動效果。

3 結(jié)束語

淤漿外循環(huán)技術(shù)在多種化工工藝中得到了應(yīng)用，將其應(yīng)用于聚乙烯的生產(chǎn)工藝中在提高產(chǎn)量、性能以及生產(chǎn)工藝的柔性等方面有著重要的作用。

參考文獻

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