10万吨/年聚丙烯装置换热器E503改造

赵占陆 吴勇

摘要：通过分析聚丙烯装置D502加热系统原理，在充分考虑节能降耗、优化工艺等因素的前提下，对该系统换热器E503进行改造。并且在改造后取得了比较明显的效果。

关键词：聚丙烯 节能降耗 切排放 换热器E503

1 前言：

聚丙烯（PP）是由丙烯经聚合反应生成一种合成树脂，是五大类通用塑料之一，其发展速度自其工业化生产以来一直居于各种塑料之首应用范围很广。华北石化公司10万吨/年聚丙烯装置采用BASELL公司先进的Spheripol II 工艺技术，采用国产CS-2-B高效催化剂，具有不需脱灰和无规物，流程短、产品新等特点。该装置可生产均聚物、无规共聚物和三元共聚物，用于注塑、热成型、BOPP膜和纤维等制品，产品性能优异。

聚丙烯装置包括丙烯预精制、水电解制氢、催化剂制备计量、本体聚合、聚合物脱气和丙烯回收、聚合物汽蒸干燥、聚合物氮气干燥、挤压造粒、成品包装码垛等单元。在经过一系列工艺反应流程后，华北石化公司聚丙烯树脂以25kg/袋的袋装形式出厂。

2 生产中干燥系统主要出现的问题

2.1干燥器D502系统简单工艺流程

当聚丙烯粉料经过蒸汽干燥器后，底部聚丙烯由料位控制在重力的作用下流入流化床式干燥器D502，此时通过氮气加热器E503加热的热氮气在干燥器D502中与聚丙烯粉料进行逆向接触，加热聚丙烯粉料。聚丙烯粉料中的残余的水分随干燥器D502中氮气一起离开干燥器，之后氮气进到干燥器洗涤塔（T502）。在干燥器洗涤塔（T502）中，氮气从洗涤塔底部进入，气流向上走，与冷却水接触，将氮气中的水分冷凝下来，同时也将氮气夹带的粉末洗下来。氮气再由T502顶经除沫器进入气体鼓风机C502，通过C502加压后进入氮气加热器E503将氮气从40℃加热到120℃。热氮气再到干燥器以带走聚合物中的水份，然后循环。

通过分析聚丙烯粉料的最终干燥效果不仅仅取决于它在干燥器D502的平均停留时间，即干燥时间；还取决于另外一个控制因素也就是干燥器的温度。而影响这一因素的原因完全取决于氮气的流量和温度。氮气的流量是靠鼓风机C502A/B/C循环完成，温度是由氮气加热器E503控制。工艺中要求以最低干燥温度点来作为干燥气的温度，在装置中是在温度测点TI5304测定后，干燥气温度值反馈到DCS中与设定值进行比较，而后输出信号调节氮气加热器E503的蒸汽加入阀TV5304，通过低压蒸汽的加入量来调节换热器E503热负荷，从而达到干燥器的温度。

2.2生产时存在的问题

由于聚丙烯装置自6万吨/年扩建改造成10万吨/年后，干燥器加热系统中换热器E503未进行改造，造成给氮气加热的能力达不到工艺要求，干燥效果变差，同时影响下游生产和产品质量。因此装置需要定期切排放来清理换热器E503以保证加热效果。切排放造成了丙烯单耗过大，产生大量废料，影响装置正常平稳生产。

在线清理对施工作业的施工用时有严格要求。如不能按时完成，还会造成装置停工、爆聚等不可挽回的损失。

2.3换热器E503出现问题的原因

聚丙烯装置换热器E503为一翅片管式换热器，低压蒸汽走管程，氮气走壳程。由于扩容后，干燥器D502顶部出口旋风分离器效果不佳，加上生产聚丙烯时产生细粉过多使得氮气中夹带部分细粉。当夹带着细粉的氮气经过换热器E503壳程时，细粉难免附着在换热器的翅片管上。随着细粉的积聚使得换热器加热效果变差，即便加热蒸汽给到最大量时，也不能维持正常生产温度。造成干燥热氮温度过低从而影响干燥效果，此时装置必须切排放，在线清理换热器E503。

3换热器E503改造方案

3.1 改造目的

1.通过改造，使得D502加热系统换热器E503加热能力符合生产需求，避免生产过程中的不必要的切排放操作，降低装置丙烯单耗，提高装置长周期运行的能力。

2.改造后避免在线清理E503，这样就同时避免了包含燙伤、氮气窒息、粉尘闪爆等危险因素较高的作业。

3.2改造内容

在充分考虑装置结构布局，节能降耗的要求下对换热器E503进行了以下改造：

增加一台备用换热器E503B，以达到氮气加热器拥有一开一备的能力。增加相应的阀门、蒸汽和凝结水流程，可以单独隔离两台换热器中的任何一台，对换热器隔离后进行拆清，避免聚丙烯装置切排放。在冬季外界环境温度较低时，可以两台换热器并联操作，提高干燥氮气加热后的温度，确保聚丙烯粉料干燥效果。

3.3改造工艺流程图

结合以上分析，充分考虑安全生产、节能降耗、现场可操作性的需求，做出工艺流程设计如图（图1）。

根据设计，实施了改造，聚丙烯D502加热系统实现：

1.加热氮气温度得到提高和稳定，完全满足D502干燥工艺条件的需要；

2.换热器E503实现一开一备，避免了清理作业时的损失和停工风险。

4 改造后的效果

通过改造取得了明显的效果：

1、减少清理次数：

改造后由原来每年需要清理14次减少到每年清理8次，明显减少。

2、保证E503正常使用：

目前改造后的E503已完全避免在线清理的情况，从而不产生废料、降低装置单耗、节能减排。同时避免了在线清理可能造成停工、爆聚的不利因素。

完全隔离E503后再进行清理作业能避免包含烫伤、氮气窒息、粉尘闪爆等危险因素较高的作业。

5 改造后的经济效益

该项目成功实施，不仅仅使得聚丙烯装置生产工艺得到有效优化，降低劳动程度，而且直接地减少了经济损失：

装置未改造之前切排放清理达到14次/年。每次清理所产生排放料约27吨，损失无法回收的低压丙烯约5吨。合格粉料约8000元/吨，排放料3000元/吨，丙烯4400元/吨。由此计算：

合格粉料=8000*27*14=302.4万元

排放料=3000*27*14=113.4万元

损失丙烯=4400*5*14=30.8万元

吨袋花费=30*200*14=8.4万元

每年减少的直接经济损失=合格粉料+损失丙烯+吨袋花费-排放料=228.2万元。

6 结论

通过充分分析聚丙烯装置干燥器D502干燥系统生产要求，考虑工艺优化效果，完成了聚丙烯干燥器D502干燥系统工艺优化及其意见；并在装置检修时完成了改造，取得了优异的效果。满足了装置长周期平稳生产，节能降耗。

7 文献

1.华北石化聚丙烯操作规程

2.HB14002中国石油华北石化公司E503技改项目