聚酯装置缩聚系统平稳运行分析

聚酯装置缩聚系统平稳运行分析张涛【摘要】通过对钟纺聚酯缩聚系统构造进行分析,并结合生产中遇到的问题,分别从生产操作、设备管理、工艺调整等方面进行研究和探讨,对影响缩聚系统平稳运行的因素进行分析,找到控制和预防终缩聚釜波动的关键措施,并通过平稳操作、工艺优化、技术改造等具体措施,实现装置长周期平稳运行.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2013(041)003【总页数】3页(P114-116)【关键词】聚酯;缩聚系统;堵塞【作者】张涛【作者单位】洛阳实华合纤有限责任公司,河南洛阳471012【正文语种】中文【中图分类】TQ323.4洛阳实华合纤公司聚酯装置采用的是日本钟纺五釜聚合工艺，以精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为原料，乙二醇锑为催化剂，TiO2为消光剂，采用直接酯化、连续缩聚工艺，设计生产能力为日产500吨聚酯熔体 (供熔体直接纺丝)及切片［1］。

自2005年9月22日投产以来，经多次技术改造，生产运行保持平稳，产品质量控制稳定。

本文针对聚酯装置开工几年以来缩聚系统出现过的异常情况进行分析，并提出改进措施。

1 工艺简介缩聚系统主要是将酯化生成的小分子单体以链的形式聚合在一起，经过第一、第二缩聚和终缩聚反应，生成聚酯熔体，对反应过程中产生的副产物 (主要是乙二醇蒸汽)利用真空系统通过汽相管线抽出，经喷淋冷却后重新回用［2］。

1.1 缩聚系统的化学反应方程式1.2 缩聚系统的主要工艺流程物料在缩聚反应釜内进行聚合反应，反应生成的副产物EG蒸汽和低分子汽相物质通过反应釜顶部的汽相管线被抽入刮板冷凝器，在刮板冷凝器内液态EG对汽相物进行喷淋，使大部分汽相物冷凝，凝液收集在液封槽内，汽相物中的低分子齐聚物在刮板冷凝器内凝结固化，系统产生的多余EG由泵打走，如图1所示。

同时通过对系统清渣、补加新鲜EG对系统EG进行置换，使系统保持清洁。

对喷淋后产生的不凝气体利用EG蒸汽喷射泵和液环泵抽真空，使系统达到所需的工艺条件来进行反应［3］。

图1 缩聚系统工艺流程图Fig.1 Flow chart of polycondensation system2 影响缩聚系统稳定运行的因素及改进措施随着设备的长周期运行和负荷的增大，缩聚系统发生波动频率增加，液位、电流及黏度波动较大，对产品质量造成一定的影响。

对其产生原因进行分析，基本表现在以下几个方面:终缩聚反应釜液位计失真、在线黏度仪失真，真空系统引压管线堵塞、液刮板冷凝器及大气腿堵塞、乙二醇喷淋系统管线堵塞、环泵入口单向阀堵塞、流量计堵塞。

2.1 在线黏度仪失真。

原因分析:在线黏度仪安装在熔体过滤器后面的熔体管线上，可以直观地显示出当时的黏度情况及变化趋势，对控制出黏度均匀的产品有很好的作用［4］。

在实际生产过程中，由于在线黏度仪有时会受到温度、电子信号干扰、前后压力波动、机械故障等诸多因素的影响，造成在线黏度仪显示黏度上下波动。

这就给操作人员分析带来了困难，无法判断出黏度是否正常，从而造成工艺操作的波动。

改进措施:由于在线黏度仪受温度的影响比较大，在尽量保证温度稳定的情况下，可以根据在线黏度和终缩聚搅拌电流、熔体泵电流和管道压力三者成正比例关系，手动平衡控制。

2.2 终缩聚反应釜液位计失真钟纺聚酯装置终缩聚反应釜使用的是钴60射线液位计，由射源、检测器、变送器3部分组成，射源位于反应釜底部，由于受介质温度、粘度、结晶、腐蚀、毒性、状态等因素影响较小，被广泛使用。

但一旦发生问题，必须装置停工后由专业人员进行维修，对生产影响较大。

为此，我们根据日常操作经验，摸索出了在液位计失真情况下的操作方法，即将液位控制阀放在手动位置，结合搅拌电流和真空度曲线图进行手动控制，以保持黏度稳定，取得了不错的效果。

2.3 刮板冷凝器、大气腿堵塞。

在工艺控制过程中，真空系统的大幅波动 (如停水、系统喷淋停、刮板搅拌停等)，真空度要求过高、真空系统循环EG过脏等，都有可能造成刮板或大气腿堵塞［5］。

第一预缩聚14－R01内的物料聚合度低，分子量小，汽相物质和低聚物凝结后为粉末状，因此在真空出现波动时，14－R01内的物料最容易通过汽相管线被抽入刮板，造成大量物料在刮板内堵塞，情况严重时可能会将刮板内部堵死，造成系统失真空，最终会造成装置停工。

14－R01内的物料处于沸腾状态，两个液位计在开工投用时就有很大偏差，液位控制一直处于手动状态，造成了出现堵塞的隐患。

另外汽相物质在刮板、大气腿内大量凝结积存后也会造成堵塞。

第二预缩聚15－R01和终缩聚17－R01内物料已具有一定的聚合度，物料粘度较高，在真空波动时釜内物料一般不会被抽入刮板。

15－R01、17－R01的汽相物质凝结后为絮状和较大的块状，它们出现堵塞一般是汽相物质在刮板、大气腿内大量凝结积存后造成的。

改进措施:针对14－R01真空系统，可以通过优化工艺参来数减少或避免由于真空波动造成的堵塞，液位计不准可以利用其它工艺参数对比调整，适当降低14－R01液位，提高反应压力，由此造成的反应条件减弱可以通过后续反应来弥补。

同时对真空的控制通过限制阀位或手动控制等措施，避免在反应条件发生突变时反应压力大幅降低。

针对各缩聚系统存在的共性问题，在日常操作中，通过补加新鲜EG对EG循环系统进行置换，同时对液封槽定期进行排渣，可以使EG循环系统保持干净。

如果系统堵塞比较严重，无法清堵时，就可能造成停工，针对这种情况，可以对大气腿部分流程进行改进，即在大气腿底部增加氮气线，发生异常时进行炸大气腿操作。

虽然此操作会造成系统破真空，对中间产品的质量造成影响，但可以通过后续反应弥补，更重要的是可以避免系统堵死造成停工。

图2是真空系统改进后的流程。

图2 缩聚真空系统工艺流程图Fig.2 Flow chart of vacuum system2.4 乙二醇系统管线堵塞每一个缩聚系统收集的EG都含有其他杂质和低分子物质，在长时间的循环过程中，这些杂质和低分子物质会沉积在系统管线的管壁上，对于管径为DN25的管线，时间长后会造成管线堵塞。

容易造成堵塞的地方一是流量控制阀部分，二是在回用EG收集槽17－T03的入口处，三是在管线的弯头部分，如果管线内部焊接面不够光滑，低分子物质就很容易在此沉积。

目前17－R01的EG循环系统中，液封槽至17－T03部分流程的管线已经出现了堵塞现象。

改进措施:以往的经验处理方法是在装置停工时对整个系统管线进行碱洗，效果很好。

但在装置运行期间发生堵塞就很难处理，对于流量控制阀部分和17－T03入口的堵塞可以拆法兰进行疏通，但对于管线弯头部分的堵塞，无法进行疏通，在装置运行期间没有较好的处理方法。

为了保证EG能够正常打入17－T03，现增加了由EG循环泵至17－T03的临时管线，在板式换热器的EG放空管线处接皮管将EG引入17－T03，调节手阀阀位即可控制流量，暂时解决了管线堵塞问题。

在装置停工检修时对EG回流管线进行改造，可以更好的解决堵塞问题。

中纺院设计的EG回流管线管径为DN25，检修时可将管径改为DN40，对于管线弯头部分，可以将一个90°弯头改为两个45°弯头，以降低局部阻力，增加EG的流动性，并且把主管线(DN150)与液封槽液位控制管线的接头由钢管改为软连接，堵塞时可以将管线拆下，临时接皮管代替，拆下的管线进行碱洗后重新投用，就能有效地解决管线堵塞问题。

2.5 真空系统引压管线堵塞缩聚系统压力测量点的位置在反应釜顶部至刮板冷凝器之间的汽相管线上，且靠近反应釜。

汽相管线在抽出汽相物质的时候，汽相物质中的低分子物质有可能进入引压管线，造成引压管线堵塞。

在正常生产的情况下，引压线就有可能出现堵塞，当系统真空波动时，引压线更容易引起堵塞。

聚酯装置自开工以来各缩聚系统的引压线都发生过堵塞现象，引压管线堵塞后将导致系统对错误信号进行控制，使真空产生波动。

改进措施:原有的工艺流程在引压线堵塞后没有有效的处理方法，压力控制点将无法正常投用，如果堵塞后能够随时疏通而又不影响正常生产，将使工艺操作大大优化。

对此只要将引压线部分流程进行简单改进，即可实现在线疏通，目前装置已对三个引压管线的流程进行了改造，改进前后的流程如图3。

图3 引压管线改造示意图Fig.3 Pressure pipeline process skematic modification改造后可以用探针对引压线部分管线进行疏通。

首先将压力控制点打手动控制，关闭测压点前球阀，疏通时先打开第一道球阀，用EG把引压线管口部分的空气置换出来，然后插入探针，用EG沾湿的抹布堵住管线入口，再打开第二道球阀进行疏通，疏通后恢复流程，投用测压点，压力稳定后将压力控制点投自动即可。

通过改进流程，有效解决了引压线堵塞问题。

2.6 液环泵入口单向阀堵塞缩聚系统共有两台液环泵，在装置运行过程中，14－R01系统液环泵14－P03入口管线部分发生过堵塞现象，15－R01和17－R01系统共用的液环泵17－P07入口管线没有发生过堵塞。

造成14－P03入口堵塞的原因主要有:一是进入14－P03的气体内杂质相对较多，15－R01和17－R01产生的汽相物质经过刮板喷淋和EG蒸汽喷射泵后进入液环泵，气体经过两次喷淋后比较干净，14－R01产生的汽相物质经过刮板喷淋后直接进入液环泵。

二是如果系统循环EG脏，喷淋效果不好，较多低分子物质没有被液态EG捕集冷凝而直接吸入管线。

三是14－R01液位计不准，可能液位过高使物料容易被吸入管线。

由于液环泵入口处安装有单向阀，使气流的流动产生了阻力，小分子物质很容易在单向阀入口处聚集，引起堵塞。

堵塞后液环泵的抽真空能力逐渐降低，最终无法抽真空，需要切泵拆阀清堵。

改进措施:针对以上原因，可以使14－E01喷淋EG保持一定的新鲜EG置换量，保证14－E01喷淋EG干净，加大喷淋量，尽可能多的捕集汽相中的夹带物，同时降低14－R01液位，减弱其反应条件。

为了避免堵塞的出现，可以用新鲜EG在单向阀入口处给予一定的冲洗量，即可使单向阀入口部分管线保持清洁，无需再频繁切泵清堵。

2.7 流量计堵塞流量计堵塞也是缩聚系统经常出现的问题。

由于EG内含有杂质，使用任何形式的流量计都会出现堵塞，流量计堵塞后一般指示流量正常而实际流量偏低，或指针卡死流量指示无变化。

在流量计突然堵死的情况下往往对工艺的影响非常大，如EG 蒸汽喷射泵的第三级喷淋EG流量计发生过突然卡死现象，现场指示流量正常而实际流量已为零，使系统很快就失真空。

改进措施:对于流量计的堵塞，在处理上很简单，最关键的就是能够及早发现，通过其它工艺参数的变化，如温度的持续升高、阀位的持续下降等，正确判断出流量计已经堵塞或即将卡死，提前处理，就能避免对工艺控制和产品质量造成的影响。