HDPE采样闪蒸系统堵塞原因及对策

HDPE采样闪蒸系统堵塞原因及对策
作者：夏成齐叶敏
来源：《中国化工贸易·上旬刊》2016年第11期
摘要：HDPE采样闪蒸器经常堵塞影响正常生产，通过对历次清理工作进行深入分析，归纳了管线设备内壁粗糙、滤芯不合适、采样阀磨损、伴热保温效果差、催化剂性能差异共五种主要原因，并给出了应对措施，在实际应用中取得了很好的效果。

关键词：采样闪蒸器堵塞；承插焊；金属滤芯；粒径；催化剂改进
1 采样闪蒸系统说明
中韩（武汉）石油化工有限公司30万吨/年高密度聚乙烯（HDPE）装置采用INEOS公司的Innovene™S双环管淤浆工艺，环管反应器中各种物料组份的浓度是聚合反应的重要参数，也是产品质量控制的关键因素，必须要依靠在线气相色谱分析仪（GC）进行实时分析。

为了脱除样品中的粉料，防止聚合物进入GC进样管线，造成仪器不能正常工作甚至损坏，特别设计了采样闪蒸系统，见图1。

这套看似简单的系统，自2013年开工以来，却多次发生堵塞，严重影响生产操作和质量控制，甚至造成装置被迫停工，直接经济损失超百万元！
2 采样闪蒸系统堵塞原因详解
2.1 管线内壁粗糙，设备焊缝等部位易积存粉料
每次堵塞后拆开管线，就会发现管线内壁并没达到设计的表面光洁度3μm，有的位置甚至超过500μm。

在管道弯头、锈蚀严重、法兰连接、设备焊缝等部位都有大量粉料粘连结块，甚至有塑化情形。

粗糙的管壁、大角度弯头、法兰连接处的缝隙和焊缝处的焊瘤会阻碍粉料流动，造成粉料积存，而粉料中的催化剂尚未失活，会继续发生聚合反应，造成局部过热，粉料熔融塑化后粘连结块，更加难以流动，并且会粘结更多粉料，情况急剧恶化，最终完全堵死。

2.2 过滤器滤袋被打落或高温融化
采样闪蒸器F-4003的内置过滤器原始设计为铝焊龙骨加PP针刺滤袋式，由于采样阀XV-40060前后压差高达5.0MpaG，阀门开启瞬间巨大的冲击力足以打落滤袋和龙骨，滤袋和龙骨落在采样闪蒸器锥体部分，造成采样闪蒸器底部堵塞，而气相会夹带粉料从顶部进入保护过滤器F-4004，造成顶部堵塞。

另外，过滤器内局部高温还会导致PP滤袋融化造成系统堵塞。

2.3 采样阀门磨损，采样周期设定不合适
采样阀XV-40060由专利商指定选用气动活塞金属密封球阀，该阀动作从0转动至180度，由关位到关位，中间开启时间约0.3秒，频次设定为4次/min。

由于该阀门在高压差下高频率运行，而介质中有粉料，阀芯球面和密封极易卡料、磨损，阀芯卡涩或密封失效都会导致堵塞。

如果采样周期设定太短，采样阀动作过快，磨损加剧，且阀门的机械、供气机构极易发生故障，增加堵塞风险。

另外采样频次高，闪蒸出的粉料量就多，这也是导致堵塞的重要因素。

2.4 电伴热和保温效果差
该系统中所有管道设备都设有伴热保温，以避免己烯-1等重质烃类冷凝。

但实际使用效果并不理想。

观察发现，特别是在阴雨冰雪天气以及寒冷的冬季，本系统堵塞的次数明显增加，实测管壁温度不到50℃，低于介质露点15℃！一方面采样管线长而细，介质流量相对较小，热量损失大，而石棉加铝皮的保温形式在寒冷季节，特别是进入雨水后，效果并不好，甚至像一件“湿棉袄”一样，起到相反的作用。

2.5 催化剂本身性能差异
目前，HDPE装置共生产过Ti系、Cr系两个催化剂系列四个牌号产品，包括进口和国产共六种催化剂，从结果来看，各催化剂性能差异巨大，对采样闪蒸系统的影响主要体现在细粉和低聚物两个方面。

通过采样分析，各个牌号产品粉料的粒径分布数据见表1。

通过对比不难发现，Ti系产品粒径较小，即细粉较多，而国产Ti系催化剂产品粉料中细粉更多，且拆开后明显有可见液相低聚物在系统内集聚，这些细粉和低聚物流动性更差，会直接堵塞管线和过滤器滤芯。

3 采取的应对措施及实际效果
3.1 打磨管线设备内壁和焊缝，择机更换不锈钢管线
打磨管线设备内壁和焊瘤，直到表面光洁度达到3μm以下。

下一步尽快立项，将系统内管线全部换成规格更高的不锈钢材质，法兰采用承插焊，重新布管，避免大角度弯头，从设备层面彻底消除隐患。

3.2 采用加强型龙骨架和多层金属丝网式滤芯
这种滤芯不仅有足够的强度，还不会融化，正常使用寿命达2年以上，只要定期更换就不足为虑。

3.3 更换耐磨系数更高的采样阀，降低采样频次
XV-40060是特殊设计的球阀，更换寿命达300万次以上新阀，调节供气流量以控制其动作速度，降低采样频次到2次/min，就可以再增加一倍的使用时长，加上定期维护，该阀已连续正常使用3年之久。

3.4 增加伴热带，提高伴热温度，加强保温
新增一条电伴热带，重新布设，并把设定温度提高到65℃，保温厚度从80mm增加到160，铝皮接缝处打胶，防止冷空气和雨水侵入，确保系统温度始终高于组份露点。

3.5 掌握催化剂特性，研究改进
催化剂性能对工艺起着决定性的作用，由其本身性能造成的细粉、低聚物多导致的系统堵塞除了上述措施外，还要掌握每种催化剂的特性，并且着力于预防性检修，在准备切换到Ti 系牌号，特别是使用国产催化剂前，打开系统检查清理，投用之前确保电伴热已投用，管线预热至设定温度。

要想从根本上杜绝此类问题，尚需与催化剂厂商共同科研攻关。

4 结论
通过对长期生产工作进行细致研究，找到了采样闪蒸系统堵塞的主要原因，涵盖了设备、电仪、工艺等各个方面，它们都不是单一的存在，而是相互关联，不断累加，连锁反应一旦引发，系统的操作状态急剧恶化，最终堵塞停运。

通过采取相应的措施，逐一消除了来自设备，电仪方面的影响，取得了明显的成效，该系统最长正常运行周期已达15个月！但催化剂性能和工艺本身产生的不利影响尚需进一步探究。

参考文献：
[1]张庶.BCL-100型催化剂在Innovene+S工艺装置上实现长周期生产[J].合成树脂及塑料，2015（32）.
[2]代广平.高密度聚乙烯装置脉冲袋式过滤器滤袋失效分析及改进[J].石油化工设备，2009（03）.。