摘 要 :介紹了氣相法聚丙烯裝置催化劑進(jìn)料系統(tǒng),針對(duì)工藝介質(zhì)含有固體催化劑顆粒的特點(diǎn),選用下展式釜底閥、隔膜密封壓力儀表、直管天然氣流量計(jì),并且對(duì)儀表安裝方式進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了儀表系統(tǒng)的無死區(qū)設(shè)計(jì),取得了較好的應(yīng)用效果。
1 概述
聚丙烯是一種熱塑性樹脂,機(jī)械性能及熱性能優(yōu)良,且無毒、易加工、絕緣性好,是五大通用合成樹脂之一,在工業(yè)、民用塑料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
氣相法聚丙烯工藝,工藝流程短,產(chǎn)品范圍寬,反應(yīng)器可通過串聯(lián)、并聯(lián)配合專用的催化劑,可生產(chǎn)均聚物、無規(guī)共聚物、抗沖共聚物等各種牌號(hào)的聚丙烯產(chǎn)品,在聚丙烯領(lǐng)域具有重要的市場(chǎng)地位。氣相法聚丙烯工藝流程主要包含丙烯精制、丙烯進(jìn)料、催化劑及助劑進(jìn)料、聚合反應(yīng)、粉料出料及輸送、擠壓造粒等環(huán)節(jié)。催化劑進(jìn)料系統(tǒng)是聚丙烯裝置較重要的系統(tǒng)之一,物料組分復(fù)雜、性質(zhì)特殊,在儀表選型,安裝等方面有特殊的要求。
2 催化劑進(jìn)料系統(tǒng)簡(jiǎn)介
催化劑進(jìn)料速度決定了丙烯聚合速度,進(jìn)料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了催化劑的卸料、配制及計(jì)量、反應(yīng)器注入催化劑等功能。催化劑桶裝進(jìn)廠,在滾筒器充分均勻混合后注入催化劑卸料罐,并在催化劑配置罐中與丙烯混合、攪拌 ;然后使用高壓氮?dú)饧訅捍呋瘎┡渲乒,在與計(jì)量罐達(dá)到壓力平衡后將催化劑與丙烯的混合漿料通過重力輸送至催化劑計(jì)量罐。為保持催化劑漿料的懸浮狀態(tài),催化劑配制罐、催化劑計(jì)量罐均使用攪拌器連續(xù)攪拌 ;系統(tǒng)循環(huán)管線使用隔膜泵對(duì)催化劑漿料進(jìn)行循環(huán)。在催化劑循環(huán)管線上,引出一路催化劑漿料注入管線,通過計(jì)量泵后輸送注入聚丙烯反應(yīng)器。催化劑進(jìn)料系統(tǒng)如圖1所示。
3 儀表工程設(shè)計(jì)
催化劑進(jìn)料系統(tǒng),在配制罐及計(jì)量罐上設(shè)有液位計(jì)、壓力變送器、溫度計(jì)及出料閥 ;在管線上設(shè)有壓力變送器、流量計(jì)。催化劑計(jì)量罐后循環(huán)管線及催化劑注入反應(yīng)器的管線均采用卡套管(tube 管),管線上的流量計(jì)、壓力表、閥門均采用卡套過程連接,管道布置上要求盡量短,彎曲半徑至少5倍管徑,無液兜。催化劑進(jìn)料系統(tǒng)物料為粉末狀催化劑與液態(tài)丙烯的混合物,混合物呈漿料狀態(tài),易沉積、黏結(jié)。在催化劑進(jìn)料過程中需保持催化劑顆粒處于懸浮態(tài),避免催化劑顆粒堆積,因此進(jìn)料系統(tǒng)內(nèi)部要求盡量保持光滑、無死區(qū),同時(shí)還要完成溫度、壓力、流量、物位的精確測(cè)量。
3.1 氣動(dòng)閥門
催化劑配制罐出口閥。常規(guī)球閥由于存在法蘭接管及閥球腔體,會(huì)造成配制罐的出料口物料堆積,無法滿足設(shè)計(jì)要求。采用釜底閥可以有效解決以上問題。釜底閥有多種形式,按照開啟方向不同可分為上展式和下展式。上展式釜底閥開啟時(shí)閥芯向上運(yùn)動(dòng),下展式釜底閥開啟時(shí)閥芯向下運(yùn)動(dòng)。由于計(jì)量罐內(nèi)設(shè)有攪拌器,在此選用下展式釜底閥。
閥門采用硬密封金屬閥座,安裝時(shí)閥座伸入設(shè)備法蘭中,消除了法蘭接管這段死區(qū) ;閥芯選用柱塞式,開啟式柱塞向下運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)如圖2所示。為抵御固體催化劑顆粒對(duì)閥門組件的磨損,延長(zhǎng)使用壽命,閥座與閥芯均堆焊斯泰萊合金硬化處理。閥門出料角度選擇為60°,若配管空間允許可采用45°出料角形式。設(shè)備與釜底閥的法蘭接口設(shè)計(jì)為 PAD 法蘭,可以減少法蘭接管長(zhǎng)度,避免形成死區(qū)。法蘭方向?yàn)樵O(shè)備底部的法線方向,這種設(shè)計(jì)可以保證釜底閥關(guān)閉時(shí)閥芯與設(shè)備內(nèi)壁平齊。
循環(huán)管線及注入管線開關(guān)閥。閥門選用卡套球閥,由卡套閥廠家集成氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電磁閥、限位開關(guān)等附件。閥門使用全通徑設(shè)計(jì),過程連接盡量選用卡套直接連接,避免由螺紋轉(zhuǎn)接卡套,造成系統(tǒng)內(nèi)部粗糙。
3.2 溫度儀表
催化劑配制罐和計(jì)量罐底部的
溫度變送器,測(cè)溫元件選用雙支 Pt100熱電阻,帶有溫度計(jì)套管。由于設(shè)備內(nèi)設(shè)有攪拌器,溫度計(jì)套管端部與設(shè)備內(nèi)壁平齊,不可突出設(shè)備內(nèi)壁高度。為盡量減少溫度計(jì)法蘭接管部分的死區(qū),設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)為 PAD 法蘭。
3.3 液位儀表
催化劑配制罐上設(shè)有兩套液位計(jì),催化劑計(jì)量罐設(shè)有一套液位計(jì)。液位計(jì)均選用雙法蘭差壓變送器,液位計(jì)膜片采用延長(zhǎng)型,液位計(jì)不設(shè)根部截止閥。
雙法蘭差壓變送器的高壓側(cè)設(shè)備法蘭采用 PAD 法蘭,長(zhǎng)度應(yīng)盡量短并且使液位計(jì)膜片與設(shè)備內(nèi)壁平齊 ;低壓側(cè)不接觸催化劑漿料,安裝不需特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。法蘭方向?yàn)樵O(shè)備底部的法線方向,可進(jìn)一步減小設(shè)備內(nèi)的死區(qū)。
3.4 壓力儀表
催化劑配制罐和計(jì)量罐的壓力儀表位于設(shè)備上部,介質(zhì)主要為丙烯及氮?dú),不與催化劑漿料介質(zhì)接觸。采用普通延長(zhǎng)型隔膜密封壓力變送器,由于不接觸催化劑漿料介質(zhì),安裝時(shí)無特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
催化劑進(jìn)料管線上的壓力儀表要求無物料堆積、無死區(qū)。采用特殊隔膜密封壓力變送器,密封膜片采用圓筒式化學(xué)密封,如圖3所示。
密封膜片呈環(huán)形,與管道直接一體式安裝,導(dǎo)壓管內(nèi)填充硅油。壓力測(cè)量時(shí),被測(cè)介質(zhì)推動(dòng)環(huán)形膜片,壓力由硅油通過毛細(xì)管傳遞至壓力變送器。由于不需要在管道上設(shè)置取壓口,消除了固體催化劑堆積的可能。
3.5 流量?jī)x表
流量?jī)x表選用天然氣流量計(jì)。
天然氣流量計(jì)測(cè)量管形狀分為“U”型管、“Ω”型管、微彎管、直管。在催化劑進(jìn)料管線上,選用單管、直管天然氣流量計(jì)。通常,天然氣流量計(jì)測(cè)量管材質(zhì)為316L、哈氏合金等材質(zhì)。但被測(cè)介質(zhì)含有固體顆粒,并且單直管天然氣流量計(jì)由于起振困難,本身管壁設(shè)計(jì)比較薄,為抵御催化劑顆粒對(duì)測(cè)量管的磨損提高流量計(jì)使用壽命,測(cè)量管選用鈦合金材質(zhì)。流量計(jì)安裝位置應(yīng)避開強(qiáng)震動(dòng)場(chǎng)合。
4 結(jié)束語
聚丙烯裝置催化劑進(jìn)料系統(tǒng)的儀表系統(tǒng),通過采用隔膜密封型壓力、液位儀表,下展式柱塞型釜底閥 ;PAD 法蘭型儀表安裝,直測(cè)量管形式的天然氣流量計(jì),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的無死區(qū)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的精確測(cè)量,為聚丙烯裝置長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。