线性低密度聚乙烯装置设计优化

王兴龙

(中海油石化工程有限公司，山东 济南 250101)

线性低密度聚乙烯以其优异的的耐寒能力、韧性、机械强度、可塑性等，广泛应用于日用品、农业、医疗卫生和工业等领域，线性低密度聚乙烯的生产能力也日渐成为衡量国民经济社会发展的指标之一。Univation公司的UNIPOL气相聚乙烯工艺技术自1984年引入大庆石化以来，该工艺以其简洁的流程、温和的操作条件和较低的能耗越来越受到工厂客户的欢迎，目前该工艺方案广泛应用于国内的炼化公司。本文是基于作者承担的某线性低密度聚乙烯装置设计和现场设计代表服务的设计优化思考和总结。

1 检修通道设计优化

低密度聚乙烯装置根据生产工艺流程，分为原料精制、原料脱气、聚合、造粒、排放气回收、掺混和包装等单元，单元之间管线通过管廊布置连通。其中造粒是厂房结构，原料精制、原料脱气、聚合、排放气回收和管廊均是钢结构框架，框架之间均未设置连同平台。在建设阶段，施工人员进行电缆、桥架和管线的施工布置，框架支架缺少连通平台，导致施工人员布置相邻框架的管线、桥架和电缆时，需要先下到地面，再从相邻框架的爬梯上去施工，给施工人员增加了诸多不便。项目运行阶段，工艺操作人员和检修人员，根据工艺需要检修时，框架之间缺少平台，也造成做多不便。

图1 装置布置图

在进行装置布置的时候，应从工艺操作人员和检修人员的角度，充分考虑操作和检维修需求，注意框架之间平台的设置。原料精制与主管廊、聚合框架与主管廊、排放气框架与主管廊等框架之间应加连通平台。

2 吊车梁及附近管道布置优化

吊车梁用于设备封头及其设备部件、管线或者阀门等部的吊装，石化装置有严格的操作规程，对于一定口径的设备、管线和阀门等检修搬运，严禁操作人员人工手动吊装和搬运，需通过吊车梁等工具吊装和搬运。对于装置框架，空间狭小，设备、管线布置密集，更需要合理设计布置吊车梁。

图2 吊车梁

图2吊车梁用于下边管线和阀门等的吊装，并结合地面上的吊装设备将其搬运到地面指定的检修区域。框架中管线、吊车梁和设备布置密集，吊车梁两侧管线距离较近，吊装设备封头并运到框架边时极易碰到吊车梁两侧的管线。在这极密集的空间内，在管线上合理设置可拆卸法兰，在设备检修时，拆卸掉阻碍吊装路径的管线、阀门等。

吊车梁的布置要充分考虑设备的布置，管线的布置在满足工艺要求的基础上，要充分考虑设备的吊装检修空间。框架上吊车梁宜布置在框架高层，能充分利用高层的吊车梁吊装检修框架下面一到多层的设备、阀门和管线等。

3 三乙基铝焚烧坑设计优化

三乙基铝作为聚合反应的催化剂，化学性质极不稳定，遇水、空气等即可发生强烈的化学反应，可对人、设备等造成损伤。因此，密封罐超压通过呼吸阀释放出的烷基铝、管线泄露释放出的三乙基铝必须引到专门的焚烧坑内焚烧处理。焚烧坑基础和坑壁需要进行防渗处理，另外进行阻燃防火处理。应避免形成密闭空间，以免三乙基铝在密闭空间内与坑内的湿气发生反应，瞬间释放出大量气体，形成爆炸危险。

焚烧坑设计，应充分考虑三乙基铝的特殊性质，主要考虑以下几点：

1)应避免雨水和地面的积水进入焚烧坑内；

2)应避免形成密闭空间；

3)焚烧坑不仅用于收集密封罐内的三乙基铝，厂房内积累的污水也会排往焚烧坑，应允许操作人员及时观察坑内是否积水；

4)应有合理的排水方案；

5)焚烧坑内的有效容积应能不低于一个三乙基铝钢瓶的容积。

设计人员应根据以上各点，合理布置焚烧坑的位置，合理选择其相对于风向和工艺装置的方位。宜将焚烧坑设置在半开放式厂房内，既能满足遮雨效果，又能满足操作需求，或者在设置厂房受限时，设置大小和高度合适的盖板。烷基铝厂房内的地面亦应高处周围地面，以免雨水流入。控制系统设计，应设置坑内积水报警系统以及排水系统。应注意焚烧坑内污水严禁排入装置内的生产污水和雨水管网。

图3 焚烧坑

图3焚烧坑的问题有两点：a) 盖板的设计并不能完全遮挡雨水进入焚烧坑；b)焚烧坑内没有设置积水报警系统和排水系统。

4 环保方案优化

GB31572-2015[1]规定了合成树脂工业企业和生产设施的水污染物和大气污染物的排放限制和监测、监督要求。GB31572-2015规定开口阀和开口管线排放的挥发性有机物等应进行相关的监测和控制，而且该标准也对要求检测的树脂颗粒种类规定了详细的清单，新建企业从2015年7月日起和现有企业从2017年7月1日起应严格按照该标准的要求进行设计、监测和监督管理。设计人应根据GB/T 16157-1996[2]在管线等固定的大气颗粒污染源设置采样口，该标准对采样口的设置有严格的规定。

由于行业的特殊性，炼化装置尤其是聚烯烃装置内分布大量的开口阀和开口管线、设备等，间歇或者连续往大气排放物污染性气体和颗粒污染物，聚乙烯装置更不例外。装置在审批阶段，完成了环境专篇的编制，针对装置内的主要污染物也进行了相应规定。装置的工艺、管道和设备等的设计应充分遵守GB31572-2015、地方环境规定和环境专篇等。聚乙烯装置的设计也充分考虑了工艺特点和标准要求，设计方充分沟通运营方和环保部门，不再对装置内的间歇性排放大气污染的阀门和管线等设置检测口等。本装置主要的连续排放源有，粉料缓冲料斗、添加剂缓冲料斗、TALC缓冲料斗、混炼机进料料斗、颗粒干燥器、粉料存储仓和除尘器等。根据GB31572-2015，本装置连续排放源排放筒高度应进行环境评价，且至少不低于15 m。

装置内固定污染源排放管道采样口的设置，应该避开弯头、异径管等流体急剧变化的部位，采样口距离变径和变向管径的距离应该满足GB/T 16157-1996的要求。设计人应该根据管线介质、温度、压力等，设置合理的、可接近的采样口，如图4，正压高温和有毒气体的应设置闸板阀。注意区分圆形管道和方向管道采样口位置和数量的要求，设计人注意采样口的操作便捷性，如果采样口位置不易靠近，应设置大小合适的采样平台，平台面积不应小于1.5 m2， 部分采样口操作空间受限，可以以活动平台代替。

图4 采样口

5 软阀座阀门的优化设计

图5 反应器E口

反应器E口(图5)为引压口，为T型结构，法兰口连接反应器口，T型两端分别连接手钻和反吹线、CO系统。因反应器内的粉料容易集聚在反应器口，导致T型件堵塞。反应器口直通端应设置可拆卸连接，在管件堵塞时，连接一钻头，可手动疏通积料。为了方便操作，可设置螺纹连接的切断阀。根据专利商要求，切断阀应为螺纹连接的球阀，而为了保证中低压和低温操作条件下阀门密封性，球阀应为软密封球阀(密封材料建议为加强的PTFE)。为了保证两端螺纹连接的球阀在安装手钻，手动疏通时不会导致阀门从反应器T型件上脱落，设计人要求阀门与T型件连接端密封焊，而为了不让焊接操作影响软阀座的密封性，要求施工单位在密封焊之前拆卸掉阀座等。

根据施工单位的反馈，难以保证阀门现场拆卸之后再重新组装的密封性，而阀门供货厂家也反馈难以保证返厂密封焊之后的阀门跟出厂后的密封性。

设计应在满足专利商要求的基础上，充分考虑安全生产要求，在阀门与T型件的连接问题上，应充分考虑施工可行性。设计方可要求阀门出厂时一端带100 mm长袖管，与反应器E口T型件改为焊接连接。阀门另一端依然保持螺纹连接，方便钻头使用。

6 结束语

工程设计人员在设计工作中并不能完全理解检维修和操作人员的需求，设计人员应充分与检维修和操作人员沟通，充分把握装置的工艺可行性和安全生产要求，才能保证装置的安全平稳运行，提高装置的技术经济水平。