李 翔

(中国石化海南炼油化工有限公司)

环管聚丙烯装置催化剂系统常见问题的分析与优化①

李 翔

(中国石化海南炼油化工有限公司)

介绍环管聚丙烯装置催化剂系统的工艺原理，对环管聚丙烯装置催化剂系统常见的问题进行了分析，并总结相应的优化措施。

催化剂系统 环管聚丙烯装置 问题分析 解决措施

在环管聚丙烯生产装置中，催化剂系统是保证聚合反应正常进行的关键系统，主要包括主催化剂和三乙基铝、给电子体助剂系统。主催化剂作为反应的引发剂，只有与助催化剂三乙基铝相互作用才能形成活性中心，使聚合反应顺利进行。给电子体用于调解聚合物等规度和催化剂对氢气的敏感性，同时对催化剂的活性和聚丙烯的表观密度也有一定的影响，决定了产品的质量。因此，保证催化剂系统的长期稳定运行，避免装置出现生产波动甚至非计划停车，是技术人员需要长期探索和解决的问题。笔者结合中国石化海南炼油化工有限公司环管聚丙烯装置自开工以来的生产经验，对催化剂系统运行中可能出现的问题进行分析，总结了相应的解决优化措施，为装置后期出现类似问题提供参考和指导。

1 催化剂系统简介

中国石化海南炼油化工有限公司聚丙烯装置采用国产第二代环管工艺技术，设计负荷为200kt/a。该装置由两组串联的满液相环管反应器组成，以丙烯、氢气为主要生产原料，在催化剂作用下生成聚丙烯粉料，再经过挤压造粒成聚丙烯颗粒。催化剂系统中，主催化剂采用以MgCl2为载体的DQC系列钛系球形高效催化剂，助催化剂由三乙基铝和给电子体构成。

催化剂系统工艺简图如图1所示，桶装的固体主催化剂在装置内用油脂按一定比例配制混合均匀后，由液压系统PK101中的往复柱塞泵P108将它连续加入三剂(主催化剂、三乙基铝和给电子体)预接触罐D201中，助催化剂三乙基铝和给电子体则分别由液压隔膜计量泵连续加入D201中。三剂在D201内在磁力搅拌器A201的作用下充分搅拌混合均匀，再经过溢流线进入在线混合器Z203中，与低温丙烯接触后随之一起进入反应器系统内进行聚合反应[1]。

图1 催化剂系统工艺简图

2 主催化剂配置

催化剂罐D106在配置主催化剂时可能出现的问题有：在配置过程中加主催化剂时间过短、加剂过快、罐体升降温过快及搅拌不均匀等导致催化剂出料不畅，极易堵塞出料管线；未对新配置的主催化剂进行氮气鼓泡，导致水含量超标，影响催化剂活性，使反应系统不稳，影响产品质量，甚至装置非计划停车。

在生产过程中，曾出现主催化剂出料管线压力PI142急剧上升，经外操现场处理发现，在线混合器Z203的A线路堵塞，切换B线也不通，迫使装置停车，清理管线。查找原因发现是催化剂配制时出现的问题，导致催化剂分散效果不好，结成团，堵塞输送管线。

针对主催化剂配置过程中易出现的问题，提出以下建议措施：

a. 目前充料、倒料为一条管线，即由D106底部出料再由出料线从D106底部重新倒回，致使倒料混合效果不佳。建议增加一条倒料线从D106上部进入，使主催化剂充分混合均匀。

b. 对于新配置的主催化剂，在使用前需进行多次倒料操作，充分混合均匀后再投入使用。

c. 规范主催化剂配置流程，加强加剂人员的理论培训。

3 主催化剂进料

主催化剂的计量单元PK101系统采用机、电、液、气共同控制的方式，程序逻辑复杂，操作难度大，极易出现操作失误。轻则堵塞管线，引起反应波动，重则造成环管爆聚。

PK101系统(图2)中D108A、B为活塞式注射器，上部由P108输送液压油推动活塞向下运动，活塞下部接收和输送催化剂。D108接收来自催化剂分散罐D106的膏状催化剂并进行充料，期间为防止催化剂沉降、催化剂颗粒分布不均的现象，需对D108进行多次倒料操作，然后充填、加压备用。此系统控制阀较多，运行复杂，极易出现操作错误。

图2 PK101系统工艺简图

对PK101系统日常操作中常见的问题进行分析：

a. 在手动模式下，D108A、B进行切换操作时，误操作将正在使用的D108突然泄压，致使丙烯倒窜至PK101系统，整个催化剂管线堵塞。

b. 液压油系统过滤器F107在首次投用或清理后再次投用过程中未进行排气处理，导致计量出现问题。某次车间安排拆清计量油过滤器F107。过滤器清洗完毕后，当班班组在未完全排气的情况下投用了F107。自当日11∶48开始，PI142压力下降到3.76MPa，导致主催化剂加入量波动，聚合反应变差。在D108压力表多次排气后，12∶20主催化剂加入量恢复正常。

c. 在PK101系统停用后再次投用过程中，如果D108顶部、催化剂管、P108泵体内带气将导致催化剂出料波动或不上量，造成反应系统大幅波动甚至没有反应被迫停车。因此，PK101系统再次投用前应对系统管线、泵出口和注射器顶部进行充料置换，选择高点排气，直至气体全部排出。

d. 主催化剂计量泵P108冲程零点漂移、在切换或投用过程中冲程动力风源未正常投用，致使计量泵冲程不受控制，催化剂加入量过高或过低，导致反应剧烈不受控制或不反应。当班人员在事故处理过程中将P108A切换至P108B时，由于流程检查不仔细，操作员没有将仪表风进P108B 冲程调节系统的一道阀门打开，导致P108B实际冲程过高且不受控制，致使反应系统被迫停车。

针对上述故障，提出以下改进建议：

a. 增设计量泵出口流量计，中控人员可以在DCS系统上观察流量情况，并设定流量偏差报警，可以随时对主催化剂流量进行监控，避免计量泵在冲程漂移时引发流量变化，却不能及时发现造成装置反应大幅波动和爆聚的风险。

b. 规范操作流程，严格按照指定操作流程操作，在系统手动模式下合理安排人员，必要时先开Z203顶油，关主催化剂进D201前手阀，再进行D108A、B的切换操作。

4 助催化剂进料

助催化剂三乙基铝和给电子体的计量泵均采用液力驱动式隔膜泵。该泵通过隔膜传递压力，柱塞与隔膜片之间充满液压油，柱塞往复运动带动隔膜片在限制板内前后运行，从而吸入和排出介质[2]。隔膜于冲程的前半周将被输送流体吸入并于后半周将流体排出泵头。所以，改变冲程的往复运动频率或每一次往复运动的冲程长度即可达到调节流体输送量的目的。

隔膜的隔离作用，在结构上真正实现了被计量流体与驱动润滑机构之间的隔离。液力驱动式隔膜泵的液压油均匀地驱动隔膜，克服了机械直接驱动方式下泵隔膜受力过分集中的缺点，提升了隔膜寿命和工作压力上限。

隔膜泵运行过程中的常见问题及其解决措施如下：

a. 存在气相，需要进行排气。检查进口管路是否有气或者液压油传动部分是否有气相夹杂。

b. 泵体泄漏或膜片损坏，检查更换密封垫或膜片。为了克服单隔膜式计量泵可能出现的因隔膜破损而造成的工作故障问题，有的计量泵配备了隔膜破损传感器，实现隔膜破裂时的自动联锁保护；采用具有双隔膜结构的泵头进行计量以进一步提高其安全性，适用于对安全保护特别敏感的应用场合。

c. 泵的行程不受控。检查冲程控制风源是否正常投到自动控制、冲程风压是否正常等。

d. 泵的冲程零点漂移，助催化剂加入量过多或过少。可通过出口流量观察，重新进行检查调整。

e. 泵出入口单向阀卡料，需拆开清理。

f. 入口过滤器是否需要清理，清理之后是否需要重新进行排气。

g. 出入口风控阀故障。曾在装置运行过程中三乙基铝计量泵P101A出现多次流量波动现象，将A泵切换至B泵运行后，对A泵进行检修，更换入口单向阀。试运A泵过程中发现，入口气动阀HV114A阀芯断裂无法打开，为保证A泵正常备用，从入口过滤器F101底部临时配一根进料线至A泵入口。

5 预接触罐D201至在线混合器Z203系统

D201至Z203系统(图3)较复杂，管线细且密，操作难度大，极易发生事故。D201容积仅0.003m3，为满罐操作，三剂在磁力耦合式搅拌器A201搅拌混合均匀后通过D201顶部溢流线溢流而出，以防产生气泡。混合均匀的三剂经溢流线流入在线混合器Z203A、B，由经E201冷却到10℃的丙烯分散并夹带混合物经热弯管Z211A、B流入预聚合反应器R200进行预聚合。

图3 D201至Z203系统工艺简图

该系统操作过程中的常见问题分析如下：

a. 三剂进D201时突然中断或流量不足，造成D201压力低，进Z203的丙烯发生倒窜，D201堵塞。

格栅坝是拦挡坝的一种特殊形式，它可以采用圬工坝上留窄缝孔洞等形式，也可用钢杆件或混凝土杆件组装或安置。在圬工墩台间亦可采用桩式或A字形三脚架式的桩林坝，还可采用钢索网状坝，它的主要作用是拦住大石块或林木，而将洪水或泥流排出。

b. 进在线混合器Z203的丙烯量过少、流速过低或压力较低，致使三剂在Z203中的停留时间过长，发生聚合反应，Z203堵塞。

c. 丙烯经过E201冷却器时未得到充分冷却，温度过高，致使丙烯与三剂在Z203接触时发生反应，堵塞管线。

d. 切换操作时出现失误，未按照操作步骤进行。如在打开D201溢流阀前，D201压力较低，导致丙烯倒窜堵塞管线。

e. 切换D108时，备用罐未加压备用，切换后催化剂管线压力不足，致使D201压力降低，丙烯倒窜。

f. I201联锁动作，三剂泵冲程归零，D201压力下降，操作人员不能在第一时间进入现场打开顶油阀，致使丙烯倒窜至D201内发生反应，D201聚堵严重。

g. 预接触罐搅拌器A201故障。曾发生过A201转速降低，造成装置停车的事故，对A201进行检修发现，密封垫片卷入轴内，造成转动阻力大于磁力耦合力进而发生打滑，更换密封垫片和石墨环轴承后开机正常。后来，又有A201皮带老化问题，短时间停三剂进行更换，未对反应造成影响。还有一回，A201转速回零，检查发现是磁力座皮带轮磨断，停三剂更换后正常。

针对上述问题，提出的建议措施如下：

a. 加强技术人员的理论学习，日常操作严格按照操作规程执行；

b. 加强日常关键部位的巡检，增强岗位安全意识，日常巡检必须走到、看到、想到、做到；

c. 内操加强盯表，积极开展有针对性的事故演练，多总结事故经验、多想多动脑，进行操作优化；

d. 建议在D201至Z203系统顶油线上增设程序控制阀，在I201联锁动作结果中增加打开顶油程序控制阀的动作，缩短反应处理时间，保证丙烯无法倒窜堵塞D201。

6 结束语

催化剂系统是聚丙烯装置的关键部位，也是运行中比较敏感薄弱的环节，极易出现故障，如若不能及时发现，将影响整个装置的安全生产，严重时会造成装置非计划紧急停车。因此，加强日常操作管理，强化安全操作意识，培养员工事故的应急处理能力是保证装置正常运行的基本前提。在连续生产过程中要不断进行工艺操作优化，例如增设主催化剂泵P108出口流量计、增加I201联锁内容及远程控制顶油阀等，简化装置问题解决途径，避免人为操作失误带来的装置聚合反应不可控因素，保障装置的“安、稳、长、满、优”运行。

[1] 洪定一.聚丙烯——原理、工艺与技术[M].北京:中国石化出版社,2007:374～376.

[2] 张艳红.隔膜式计量泵补油系统的改进[J].化工机械,2001,28(1):38.

(Continued from Page 242)

od and improves the reconstruction precision. Comparing the classic soft and hard threshold algorithms with the improved algorithm shows that this improved algorithm has better de-noising effect, higher SNR and lower RMSE.

wavelet threshold de-noising, magnetic memory testing, weighted average method, soft and hard thresholds

李翔(1990-)，助理工程师，从事聚丙烯生产工作，790371576@qq.com。

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