熔体仪表在聚碳酸酯项目中的应用

郑 瑜

（上海纬纵化工工程咨询有限公司，上海 201906）

0 引言

聚碳酸酯也叫（Polycarbonate）常用缩写PC，是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯耐弱酸、耐弱碱、耐中性油，不耐紫外光，无色透明、耐热、抗冲击，阻燃BI级。PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，有较好的耐水解性，但不能用于重复经受高压蒸汽的制品。主要性能缺陷是耐水解稳定性不够高，对缺口敏感，耐有机化学品性，耐刮痕性较差，长期暴露于紫外线中会发黄，和其他树脂一样，容易受某些有机溶剂的浸浊[1]。

根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型[1]。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为5大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料[2]，给日常生活、研究带来很大用处，不管是在吃、住、看病等发面，还是在一些新的材料的研发，都是不可缺的。

根据用途，聚碳酸酯可分为防静电PC，导电PC，加纤防火PC，抗紫外线耐候PC，食品级PC，抗化学性PC[1]。

根据合成工艺，主要有溶液光气法、酯交换熔融缩聚法、界面缩聚光气法、非光气酯交换熔融缩聚法4种：1）酯交换法：以苯酚为原料，经界面光气化反应制备碳酸二苯酯。碳酸二苯酯再在催化剂、添加剂等存在下与双酚A进行酯交换反应得到低聚物，进一步缩聚得到PC产品；2）溶液光气法：将光气引入含双酚A和酸接受剂的二氯甲烷溶剂中反应，然后将聚合物从溶液中分出；3）界面光气法：先由双酚A与50%氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐，送入光气化反应釜，以二氯甲烷为溶剂，通入光气，使其在界面上与双酚A钠盐反应生成低分子聚碳酸酯，然后缩聚为高分子聚碳酸酯。反应在常压下进行，一般采用三乙胺作催化剂。缩聚反应后分离的物料、离心母液、二氯甲烷及盐酸等均需回收利用；4）非光气熔融法：非光气法工艺于1993年研究成功，并由GE塑料公司率先实现工业化生产。首先，以甲醇羰基化法或碳酸乙烯酯（或碳酸丙烯酯）与甲醇酯交换生产碳酸二甲酯（DMC）；再与醋酸苯酯交换生成碳酸二苯酯（DP），然后在熔融状态下与双酚A进行酯交换、缩聚制得PC产品[3]。

非光气法生产聚碳酸酯过程中，在聚合物反应过程有因物料高温、高粘度，一般性的仪表无法使用，所以需要采用熔体仪表，并对非光气法生产聚碳酸酯过程中采用的熔体仪表做了介绍和特性分析，包括熔体温度仪表、熔体压力仪表、熔体阀门仪表、分析仪表。

1 温度仪表

高温熔体温度传感器是特别为聚合物设计的，主要应用于橡胶、塑料和化纤等聚合行业。通过其测温部分直接与高温、高压熔体接触来测量熔体温度。因此，传感器具有耐高压的高强度结构特性。

高温熔体温度传感器是全密封结构，带1/2-20UNF-2A螺纹，适合于安装在标准传感器安装孔中，探头形式可选择船型或平头。船型式热电偶或热电阻是独特的船型设计，可以有效减少在熔体中的摩擦，提升产品测量精度。可在100MPA的熔体压力下正常工作。可选择热电偶（J,L,K）和热电阻（单支三线PT100，双支三线PT100），测量范围为（0～350）℃。温度传感器部分防护等级可达到IP65，可选择在ATEX区域应用。常规采用316/316L不锈钢材质。

熔体温度传感器的尺寸见图1。

高温熔体温度传感器安装不同于一般的温度传感器，需要随温度传感器配置专用的安装底座，管道上需要根据安装底座的尺寸预留安装孔。

2 压力仪表

图1 熔体温度传感器尺寸图Fig.1 Melt temperature Sensor size diagram

高温熔体压力传感器的工作原理是介质的压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号。

高温熔体压力变送器，是用于危险区域的智能的带4mA～20mA，带Hart协议的压力变送器，输出直接与DCS或PLC连接。精度：±0.25%。高温熔体压力变送器是全密封结构，带1/2-20UNF-2A螺纹，适合于安装在标准传感器安装孔中。任选的热电偶或热电阻可测量温度，具有防爆认证适用于1级，I分级，Groups A，B，C & D级。带防爆认证的型号只能提供导线式连接（不能选6针接头方式）。符合ATEX/本质安全认证 II 1 G 100a Eex ia IIC，0区和 1区。这种ATEX/本质安全型号即可提供导线式连接也可提供密封的6针接头方式连接，带专用电缆5m。熔体压力变送器尺寸图见图2。

高温熔体压力变送器安装不同于一般的压力变送器，需要随高温熔体压力变送器配置专用的安装底座，管道上需要根据安装底座的尺寸预留安装孔。

传感器的膜片是最容易损坏的部位，在安装之前请不要随意脱落其保护帽，同时在安装同时要注意保护传感器的膜片。安装孔的加工要根据安装孔尺寸图及尺寸表的技术要求加工，避免因安装孔不标准引起的膜片擦伤影响传感器正常工作。只有当聚合物成灼热的熔融状态下才能拆下传感器，拆下后立即用软布将传感器探头膜片擦净。

因为聚合物高粘度的关系，需要配专用的清理工具，1/2-20UNF-2A清理工具，还需要配置1/2堵头。

3 阀门仪表

3.1 Y型夹套熔体调节阀

技术要求：

1）阀芯、阀座：SS316L。

2）阀体：SS316L。

3）执行机构：气动薄膜式。

图2 熔体压力变送器尺寸图Fig.2 Melt pressure transmitter dimension diagram

4）抛光：阀门内表面处理Ra=0.8μm。

5）阀门与管道连接的法兰（外管）需带颈对焊法兰。

3.2 全夹套60°控制角阀

技术要求：

1）阀芯、阀座：SS316L。

2）阀体：SS316L。

3）执行机构：气动薄膜式。

4）抛光：阀门内表面处理Ra=0.8μm。

5）阀门与管道连接的法兰（外管）需带颈对焊法兰。

6）密封形式：波纹管或真空支架。

3.3 电动注入阀

技术要求：

1）阀芯、阀座：SS316L+STL。

2）阀体：A351 CF3M。

3）执行机构：220VAC电动开关型。

4）抛光：Ra 12.5 max。

5）催化剂注入口：电动/手动操作；45°插入，与阀门本体物料顺流方向，不要对冲。

6）厂家提供开控制信号、关控制信号、开状态信号、关状态信号、远程/就地控制信号，并接入DCS系统。

3.4 电动三通阀

技术要求：“Y”type全夹套三通阀。

1）阀芯、阀座：SS321。

2）阀体：SS321。

3）执行机构：380VAC电动开关型。

4）抛光：Ra 1 max。

5）出口：2个聚合物出口，电动/手动操作；出口角度为45°。

6）厂家提供开控制信号、关控制信号、开状态信号、关状态信号、远程/就地控制信号，并接入DCS系统。

4 分析仪表

图3 装在一个弯形管道中的TOV粘度计图Fig.3 TOV viscometer diagram in a curved pipe

粘度控制装置——扭转式振动粘度计，用途：在线检测PC熔体的粘度，包括TOV探头和TOV转换器。探头包含粘度探头和温度探头，RTD传感器（双高精度白金挠阻RTD传感器2根/套）。转换器安装在控制室，用户提供220VAC-60/50HZ的电源，在转换器内装好变压器，把用户220V-50/60Hz变压为110V-50/60Hz。转换器4mA～20mA隔离信号输出：1）补偿特性粘度；2）非补偿特性粘度；3）补偿温度；4）非补偿温度。压力补偿，需要用户自装“熔体压力变送器”，取压力传感讯号4mA～20mA至TOV转换器，用于压力补偿。

TOV探头的安装方式有：“T”形安装法（即安装在直管上），“L”形安装法（即安装在弯头上）。“L”形安装法，管道需根据厂家的三通制造图，预制好三通，便于探头安装。要严格按图纸上精度制造三通，对安装探头的孔经尺寸偏差，建议采用孔经尺寸的正偏差。焊接时要先装上盲板，以防加热变形。三通焊接时，注意方向即探头迎着熔体方向，TOV探头一定是水平安装。为便于安装探头，在三通安装前方要有0.8m的安装空间。静态混合器采用1个4～6单元。混合器装在探头前，装在一个弯形管道中的TOV粘度计见图3。

因为TOV探头传至转换器的信号，是毫伏级电信号，所以探头与转换器之间的电缆是：电缆规格为Beldem#8770号线，3芯1层屏蔽的标准18#线，由厂家提供。每台TOV有3根3芯屏蔽电缆从探头接线盒一直接到转换器端子上，中间不能有接头，3根电缆要分3根管单独穿管，最好是一根电缆穿一根管径20mm的管，电缆长度在30m以上者，请一定分3根管。如电缆长度小于30m者，3根电缆可以合穿一根管，但希望管道内经要大于30mm。管与管之间用管件连接密封好（不要用塑料软管连接）。

放转换器的机柜单独设柜，机柜不要靠近其他机柜。TOV机柜与地板钢架应绝缘，机柜与钢架之间要垫一块绝缘板，机柜和钢架之间用塑料螺栓固定。TOV系统要单独接地，接地电阻≤1Ω，无强电干扰信号。

5 结束语

应该从工艺选择、设计、选型、采购、施工、运行及维护等环节高度重视聚碳酸酯项目的熔体仪表，发挥好仪表的作用，保证聚碳酸酯项目安全生产、长周期稳定运行。