静电电流仪在聚烯烃反应器中的应用

丁兰蓉

(中石化上海工程有限公司，上海 200120)

静电电流仪在聚烯烃反应器中的应用

丁兰蓉

(中石化上海工程有限公司，上海 200120)

针对气相流化床聚烯烃反应器内部聚合物结块的现象，采用静电电流仪进行监控。从静电电流仪的种类入手，对静电电流仪的工作原理、特点、在设计中的注意事项、具体应用中的数据分析等各个方面进行了阐述，并结合具体项目对静电电流仪的应用进行了分析研究。

静电电流仪 反应器 结块 静电流型 静电压型

静电电流仪在气相流化床聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯)工艺中经常被应用，其主要目的是为了监测反应器内电荷不平衡的情况，使操作工根据监测到的数据及时采取措施，防止反应器内部形成片状聚合物或聚合物结块等现象的发生，从而延长反应器运行时间，减少停车和安全事故的发生。

由于烯烃聚合反应是放热反应，如果反应热不能及时散出，反应器温度就会达到或超过聚合物的软化温度，造成颗粒结块。同时反应器内静电引起的结块以及催化剂活性太高等原因导致的结块，严重时均会引起装置停车和产生废料，对正常的工厂生产造成损失。因此，对于气相法聚烯烃反应器的静电电流测量是相当重要的。

1 静电电流仪的种类

目前聚烯烃装置中常用的静电电流仪主要有两种： 静电流型电流仪和静电压型电流仪。顾名思义，静电流型电流仪是一种直接测量电流的仪表，而静电压型电流仪在测量毫伏电压后再转换为电流。具体项目中采用哪种类型的静电电流仪可以根据各自的特点来选择，其中某些专利的聚乙烯和聚丙烯工艺会配套静电压型电流仪，也可根据需要选用静电流型电流仪。

2 静电电流仪的工作原理及特点

2.1静电流型电流仪

实验证明，反应器内存在的电荷活动构成一个近似完美的电流源，当一个传导通道接地的电极放到反应器内部时，其电流量与流通电阻无关。而与电极的电阻相关，因流通电阻较低，故电流就可以在基本的对地电势下直接测量出来。

静电流型静电电流仪的特点： 可适应流化床反应器的苛刻环境，可承受反应器内剧烈撞击等情况；反应器内无需引入高电压源来测量静电电流；输出板、电源板、过压保护器等电子部件与反应器探头组合成为一个整体，也有分体式设计，安装使用方便；现场电子机壳上有1个窗口，可以观察发光二极管的棒图显示及控制设定；维护时除了电源板上的保险丝外，没有其他需要更换的部件；输出4～20mA标准信号；用户可选的灵敏度、量程和平滑设定，有从0～0.1nA到0～1000nA共9个量程可选；经认证可用在危险区域。

缺点： 需要外接电源115V(AC)，230V(AC)，24V(DC)(可选)。

2.2静电压型电流仪

静电压型电流仪的电路原理如图1所示。

图1 静电压型静电电流仪的电路原理

图1中，高值电阻器和1.3MΩ的电阻器组成为E-I转换器提供毫伏级信号的分压器。具体的分压计算公式为1.3×106/(4×1011+1.3×106)=1/307693，即每307693mV(大约308V)的静电压会引起E-I转换器1mV的输入信号，E-I转换器0的输入信号对应12mA的输出，那么对于每9.75mV的输入变化其输出的变化可达到8mA，相当于3kV。12mA是带电零点，允许双极的静态电压测量。当静电压为3kV时，正的静电压把输出信号线性地增加到20mA，同样的，在-3kV时，负的静电压把输出信号线性地减少到4mA。

要改变探头的操作范围，只需改变1.3MΩ的阻值，并且重新校准即可。比如-2～2kV的满量程范围，E-I转换器的输入电压为-10～10mV，输出电流为4～20mA，相应的阻值为2MΩ。而标准的满量程范围为-3～3kV，E-I转换器的输入电压为-9.75～9.75mV，输出电流为4～ 20mA， 相应的阻值为1.3MΩ。

对于高压下电阻有一关键因素不能忽略，当电压级别大于4kV时，电阻器会有一个负压系数，即当应用的电压增高时，电阻会减小，会引起非线性的近乎满量程读数。

尽管上面讨论的都是被测的静电电压，实际上也产生了电流。例如，当读数为2kV时，通过电阻的电流为5nA，根据欧姆定律，容器中的带电物质将会在探头的顶端产生2kV电压下的5nA电流。为了将该电流传递给探头顶部或从探头顶部传输该电流，容器中的物质可能需要承载比2kV更高的电压。然而，流动的电流和相应的电压读数，直接与容器内物质的电荷成正比，读数即为容器中静电电流活动的相应指示。

静电压型静电电流仪的特点： 测量有压容器的静电电流活动，探头可以永久安装在容器内；电子部件可作为一个标准4～20mA输出的二线制变送器，无需外供电；设备安装接口可有多种选择；出于安全考虑，探头内为双电极设计；缺点： 现场没有显示。另外，潮湿会影响高值电阻并减少绝缘体表面的电阻，所以一定要用干燥的氮气吹扫电子部件。

3 静电电流仪设计中的注意事项

由于静电电流仪的探头是插入反应器内，选型中需要注意探头必须符合反应器的温度、压力等操作工况，同时还要能承受反应器内聚合物块料偶尔对探头的撞击。探头多为圆柱形设计，探头外径应符合反应器法兰接口内径的要求，并在设计中要注意查看反应器的制造图纸，并将反应器法兰开口尺寸、反应器壁厚等信息提供给制造商，以确保安装连接准确无误。静电电流仪探头的安装位置通常在气相反应器的分布板上方，因为反应器分布板的结块比较危险，如果分布板上存在结块，该快速增大，会造成反应器停车并需要清理流化床。探头安装后深入反应器内壁的凸出长度一般在12.7～38.1mm之间，长度在安装后不宜伸出反应内壁太长，一般不大于38.1mm。

静电流型静电电流仪为本质安全设计，必须确保IS安全栅有接地连接，没有接地安全栅静电电流仪无法工作，其输出板上4～20mA输出仅设计为信号端子，在该点不能施加任何电压。当选择直流电源供电时，禁止把交流电源接入任何带有直流电源选项的静电电流仪中。

静电压型静电电流仪须用干燥的氮气吹扫电子部件，因此需要另外附带一个吹扫装置，并带有压力低报警开关，信号接入仪表系统在控制室进行报警。在断开吹扫装置的任何部分电路之前，均须使探头的电极与带压反应器的壳体短路，以防止高电压堆积而损坏探头。

4 静电电流仪应用中的数据分析

国内某大型石化企业的聚乙烯装置，采用进口专利工艺，反应器上安装了专利配套的静电压型产品，量程范围为-3～3kV。装置运行中反应器基本平稳正常，静电电流仪的指示值基本上保持在 -10～10V， 没有太大波动。在2012年7月，由于切换回收压缩机前过滤器没有置换干净，氧气进入反应系统引起了正静电，静电电流仪的指示值最大时超过了1kV，最终导致反应器结片停车。历史数据曲线如图2所示。

图2 静电电流仪的电压波动曲线

在2013年5月，开车前三乙机铝滴定时产生了静电，所幸静电的量不是太大，经及时处理后恢复正常。历史数据如图3所示。

图3 静电电流仪的电压波动曲线

5 结束语

气相聚烯烃反应器流化床虽然在生产中经常会产生各种原因导致的结块，正确运用静电电流仪，可及时发现结块征兆，从而采取相应的措施将结块控制在较小的范围内。在正常操作中，应加强对操作工的培训，使操作工对各种原因引起的结块有充分的认识，采取相应的预防措施，使聚烯烃的生产保持安全平稳的运行状态，减少反应器停车，为企业创造最大的利润。

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ApplicationofElectrostaticTransmitterforReactorsinPolyolefinPlant

Ding Lanrong

(Sinopec Shanghai Engineering Co.Ltd.， Shanghai， 200120， China)

Contraposing the phenomena of agglomeration inside gas phase fluidized bed polyolefin reactor， electrostatic transmitter is used for monitoring the reactor inside states. Start from the type of electrostatic transmitter， operation principle， feature， considerations during design， data analysis in detailed application are discussed. Combing with specific project， the application of electrostatic transmitter is discussed.

electrostatic transmitter； reactor； agglomeration； static electricity current type； static electricity voltage type

稿件收到日期： 2013-06-14，修改稿收到日期2013-08-20。

丁兰蓉(1967—)，女，浙江义乌人，1989年毕业于华东化工学院生产过程自动化专业，现就职于中石化上海工程有限公司，从事石油化工自动化工程设计工作，任仪电室副主任、高级工程师。

TH89

B

1007-7324(2013)06-0064-03