1 压力容器简述

前言

聚合釜制备高分子化合物的主要设备。一般是立式圆柱形高压釜，带有夹套，以便通入蒸汽或冷水来加热或冷却。用于乳液聚合的，内有不锈钢的水平桨式搅拌器，由电动机通过传动装置和减速器传动。聚合釜是聚氯乙烯生产线上的关键设备, 其性能好坏直接影响着PVC 生产的产量和生产成本, 也影响着操作工人的身心健康。几十年来, 国内外PVC 釜生产厂一直致力于聚合釜的开发工作, 为PVC 生产提供了一批又一批的新型聚合釜, 极大地进了PVC 工业的发展。

1 压力容器简述

1.1压力容器的定义及应用

压力容器是内部或外部承受气体或液体压力、并对安全性有较高要求的密封容器。通常，当容器承受内牙大于0.1MPa时，才称压力容器。当内压小于0.1MPa 时，称常压容器；当内压小于零时，成为外压容器。压力容器的常见结构型式有两种：圆筒形容器和球形容器。圆筒形压力容器通常由筒体、封头、接管、法兰等零件和部件组成，压力容器工作压力越高，筒体的壁就应越厚。[1] 压力容器是石油、化工、冶金、轻工、能源以及日常生活中都广泛使用的一种特种设备。很多压力容器是在高温、高压、深冷或强腐蚀介质等苛刻工况下运行，存在着发生爆炸等恶性事故的危险。

压力容器的基本要求，强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力。常用的强度判据如屈服强度、抗拉强度。强度是是涉及安全的主要问题；刚度：刚性是在外力作用（制造、运输、安装与使用）下产生不允许的弹性变形，如法兰（密封）、管板等；稳定性：在外力作用下防止突然失去原有形状的稳定性，如外压及真空容器；耐久性和密封性。[2]

1.2 压力容器的分类[1]

压力容器种类多，操作条件复杂，有真空容器，也有高压超高压设备和核能容器；温度也存在从低温到高温的较大范围，处理的介质大多具有腐蚀性，或易燃、易爆、有毒，甚至剧毒。这种多样性的操作特点给压力容器从选材、制造、检验到使用、维护以致管理等诸方面造成了复杂性，因此对压力容器的制造、现场组焊、检验等诸多环节提出了越来越高的要求。压力容器的型式繁多。根据不同压力容器可有许多分类方法，常用的有以下几种．

（一）按压力分类按所承受压力(P)的高低，压力容器可分为低压，中压，高压，超高压四个等级。具体划分如下：

▪低压容器，0.]≤P<1.6MPa ;

▪中压容器：1.6≤P<10MPa;

▪高压容器，10≤P<100MPa;

▪超高压容器：>100MPa。

（二）按其功能分类

▪反应容器（代号R）：用于完成介质的物理、化学反应。

▪换热容器（代号E）：用于完成介质的热量交换。

▪分离容器（代号S）：用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。

▪储存容器（代号C，其中球罐为B）：用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。

（三）按安全技术管理要求分类

▪第三类容器

▪第二类容器

▪第一类容器

其中聚合釜属于反应容器，制备高分子化合物的主要设备。

2 PVC聚合釜概述

2.1 PVC及PVC聚合釜

聚氯乙烯树脂是世界五大著名的树脂之一，全称Polyvinyl chloride polymer，简称PVC。聚氯乙烯本色为微黄色半透明状，有光泽。透明度胜于聚乙烯、聚丙烯，差于聚苯乙烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。常见制品：板材、鞋底、玩具、门窗、电线外皮、文具等。是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。

聚氯乙烯是乙烯基聚合物中最主要的品种，其产量曾占世界合成树脂的第一位，现在其产量仅次于各种聚乙烯的总产量。聚氯乙烯的分子结构通式是

，分子量约4～15万。聚氯乙烯制品种类的多样化是其它塑料品种所不及的，它的用途广泛，既可用作绝缘材料、防腐蚀材料、日用品材料，又可用作建筑材料、农用材料。氯乙烯原料来源充沛、价格低廉，所以聚氯乙烯是得到广泛应用的通用塑料品种之一。

PVC具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性和阻燃性，质量轻，机械强度高，易加工，它柔韧性好，绝缘性高，强度也高，不易溶解等等，可用于生产建筑材料、包装材料、电子材料、日用消费品等，广泛应用于工业、农业、建筑、交通运输、电力电讯和包装等各领域。广泛的应用于人们的生产生活。PVC为无定形结构的白色粉末，支化度较小。工业生产的PVC分子量一般在5万～12万范围内，具有较大的多分散性，分子量随聚合温度的降低而增加；无固定熔点，80～85℃开始软化,130℃变为粘弹态，160～180℃开始转变为粘流态；有较好的机械性能，抗张强度60MPa左右，冲击强度 5～10kJ／m2；有优异的介电性能。

聚氯乙烯超过100℃则会逐渐分解出HCl,光线作用下会逐渐老化降解变黄，软化点较低，机械性能较差。但由于它可以与许多添加剂，特别是增塑剂，稳定剂，润滑剂混融性好，可加工为硬质及软质的各种塑料。是应用广泛的通用材料之一[3]

氯化乙烯基最初是在1835年在Justus von Liebig实验室合成出来的。而聚氯乙烯是由Baumann在1872年合成的。但是直到20世纪20年代才在美国生产出了第一个聚氯乙烯的商业产品，在接下来的20年内欧洲才开始大规模生产。

根据海关数据显示，2010年12月中国PVC纯粉进口量为 139297吨，环比显著增长21%，同比显著增长36%。去年1-12月份PVC纯粉进口量累计为 1199119吨，累计同比减少26.4%。[4]

我国PVC行业采用大型聚合釜生产装置成为近年来明显的发展趋势。北京化二与上海森松公司吸收国内外先进技术和实践经验，对聚合釜容积的选型、换热

方式、搅拌结构和方式、关键配件选择等进行了认真的讨论研究并进行了严格的计算，研制和开发了100m³型聚合釜，北京化二在吸收国内外各种先进工艺技术的基础上，开发了拥有自主知识产权的成套工艺。100m³聚合釜采用不锈钢复合钢板内夹套结构的聚合釜型，聚合釜的设计采用底伸式搅拌形式，采用双端面平衡型机械密封，密封环隙处配置注水系统，可以有效地防止悬浮物的沉积，100m ³聚合釜的设计采用单层四叶涡轮平浆叶[5]。

PVC聚合釜的基本结构见表1 。

表1 典型PVC 聚合釜的基本结构

随着PVC 生产装置规模的不断扩大,大型聚合釜已在国内外PVC 装置中普遍采用。通常我们将30 m3 以下的釜称之为小型釜,而容积在70 m3 以上的釜称之为大型釜。采用大型釜的好处是: PVC 树脂产品质量和均一性提高,装置建设的占地面积减少,装置建设投资降低,装置生产管理费用和维修费用降低。因此,在新建或扩建的单釜生产线生产能力在5 万t/ a 以上的PVC 生产装置中,大多采用了70～200 m3 的聚合釜。

几种国产聚合釜的基本特性：LF - 30 Ⅳ型、LF - 70 型、RLF - 48 型PVC 聚合釜的结构分别见图1～3 ,技术特性分别见表3～5。

表3 L F - 30 Ⅳ型PVC 聚合釜的技术特性

表4 L F - 70 型PVC 聚合釜的技术特性

表5 RL F - 48 型PVC 聚合釜的技术特性

国产聚合釜在国内PVC 生产装置中已广泛应用,对我国PVC 工业的发展发挥着重要作用。据初步统计,到2002 年国内PVC 生产装置中聚合釜的总容量大约为13 000 m3 ,其中国产釜合釜容量约11 500 m3 ,占总量的88 %。30 m3 聚合釜曾一度成为我国PVC 生产装置的主体釜型,时至今日,随着生产装置规模的不断扩大,国产70 m3 釜已在江苏江东、四川金路等5 套PVC 生产装置中投入使用,并有数十台订货正在施工之中。[6]

2.2 PVC聚合釜工艺设计

（1）涂釜操作

密闭入料涂釜时，根据设定的程序和时间，首先进行液封排水，然后启动真空循环泵，同时开高搅，涂釜蒸汽经排液后与涂釜液混合，通过喷嘴均匀喷入釜中。通过真空泵釜底、釜顶切换打循环，可使涂釜均匀无死角。开盖入料涂釜时同样开高搅，但不开涂釜真空泵。整个过程中需注意搅拌功率，并观察排水时是否见水。[7]涂釜过程调试点包括喷淋水量、蒸汽预涂时间、蒸汽流量、涂釜剂流量等。蒸汽预涂时间可以参照冷釜情况下开始预涂到整个聚合釜温度分布均匀所需的时间。涂釜剂流量的选择比较关键,过大的流量涂布时间短, 雾化不均匀;过小的流量涂釜剂过稀, 效果不佳。如使用了喷淋阀自带的雾化喷头, 也可以不安装流量调节阀,可使用小孔径的孔板来达到限流和雾化的目的。提前量设置很简单,先设为0 ,当涂釜结束时,涂釜剂超过配方量的值就是提前量。[8]

（2）加水操作