管式法LDPE装置反应压力波动的分析及控制措施

张东升

摘 要：反应器压力的控制是高压聚乙烯装置控制中的一个重要工艺参数，反应器压力波动会严重影响装置的安全生产、产品性能和装置的长周期运行。本文对引起反应器压力波动的各个因素进行了分析，并提出了有效的预防及处理措施。

关键词：反应器压力;压力波动;引压管堵塞

中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司塑料厂低密度聚乙烯（LDPE）装置采用荷兰Stamicarbon公司无脉冲管式工艺，设计产能140 kt/a。随着装置运行时间的延长，许多制约装置长周期运行和影响产品质量的问题逐渐显现出来，其中反应器压力波动问题已经成为影响装置长周期运行的瓶颈之一。

一、反应器压力波动的原因分析

1、反应器压力引压管堵塞造成反应器压力波动。

引压管堵塞是造成反应器压力波动的主要原因。由于反应器压力的引压管线过长，当装置运行一段时间后，高压乙烯会在引压管线内自聚，形成超大分子聚合物，会堵塞引压管线。此时不能测量出反应器内的真实压力，测量值会比实际值滞后，如图示，PCE101在自动控制时，在0-10秒这段时间，由二次机出口压力和第一注入点的压力可看出，反应器真实压力在逐渐升高，而反应器压力测量值却显示不变，当反应器压力增大到一定值时（在10秒时），引压管突然被吹通，反应器压力立即反应为真实压力，压力突然升高，此时由于反應器出料阀投自动，压力出现大幅波动。此图描述是反应器压力小幅波动，若引压管堵塞严重，长时间无法反映真实压力，致使反应压力过高，压力大幅波动，导致联锁停车，严重时会损坏设备。

2、二次机打气量的变化会引起反应器压力波动

由于二次机出口乙烯气体全部给反应器，二次机打气量发生变化，将引起反应器内乙烯气体量的变化，将直接导致反应压力的变化，若不及时调整，会引起二次机出入口、反应器、高循系统压力的恶性循环，最终导致反应器压力过高，联锁停车。引起二次机打气量变化的主要原因是二次机入口温度和压力的变化。

二次机入口温度与二次机打气量关系（压力25MPa情况下）如图：

由图可知：二次机入口温度低，打气量大，入口温度低，打气量小。影响二次机入口温度变化的主要情况是高循脱垢操作和环境温度变化。高循脱垢时，由于高循换热器的频繁切换和频繁的生降温，导致高循系统温度变化，引起K103入口温度TIB102大幅波动，从而造成K103打气量波动，引发反应压力波动。当环境温度发生急剧变化时，二次机入口温度也会随之变化，若高循系统不能及时调节，也会造成反应器压力波动。

二次机入口压力与二次机打气量关系（压力25MPa情况下）如图：

由图可知：二次机打气量随入口压力增大而增大。二次机入口压力受一次机出口压力和高循压力影响，若一次机出现故障或高循系统堵塞也将导致二次机入口压力波动，造成反应器压力波动。

3、反应器内物料流动状况对反应压力的影响

根据流体动力学压降公式：

ΔP=λ*ι*ρ*u2/2d

可知，流体在流动过程中因克服内摩擦而消耗能量，当流体粘度增大，流动阻力会增加，压降增大，反之粘度减小，压降减小;同时流动摩擦因数λ改变也会影响压降ΔP的变化。在本装置流体粘度主要受物料熔融指数影响，而摩擦因数与反应器粘壁状况有关。生产中因物料流动情况改变而引起反应压力变化的有以下几种情况：

（1）反应器在脱垢时由于反应器内粘壁状况发生改变，脱垢后物料流动变畅，流动摩擦因数变小，反应器壁和反应器入口单向阀对物料流动阻力减小，使整个反应器压降减小，此时反应压力如调节不及时会大幅下降。

（2）反应水温度过高或过低对压力均有影响。温度过低聚乙烯粘度增加，流动阻力增大，靠近管壁侧流动变慢，压降增大，压力上升;反之温度过高，聚乙烯粘度减小，靠近管壁侧流动变快，流动阻力减小，节流现象减少，压力下降。

（3）切换牌号时，由于产品熔融指数的改变，特别是由低指数向高指数切换时，指数变化比较大，物料粘度降低，反应器器壁结垢状况也相应发生改变，流动阻力减小，此时如不及时调整会引起压力下降。

4、设备故障对反应压力的影响

因设备原因造成反应器压力波动主要有两种情况：一是反应器出料阀发生故障。因反应器出料阀直接控制反应压力，它发生故障直接会导致反应压力大幅度波动，反应出料阀发生故障有多种情况，涉及到仪表等多方面，这里不做深究。二是二次机K103发生故障。K103发生故障会引起打气量发生变化，也影响到反应压力波动。

二、优化日常操作，减少反应器压力波动：

1、当反应器压力引压管线出现堵塞时，反应压力测量值已经不能真实反映反应器的真实压力，测量值较实际值滞后。此时可根据引发剂第一注入点压力PIF101和二次机出口压力PIE113作为参照来控制反应压力。

以上是反应器引压管堵塞不严重时的操作，当引压堵塞严重时，必须停车吹扫引压管。

2、当二次机入口温度TIB102发生大幅变化时，会引起二次机打气量发生变化，最终导致反应器PCE101压力发生变化：TIB102↑ → PCE101↓;TIB102↓ → PCE101↑。基于以上规律，适时对高循换热器进行高循脱垢操作，并尽力维持高循系统温度，确保二次机入口温度保持稳定。

若二次机入口温度已出现大幅波动时，要将反应器压力PCE101切换到手动，稳定住反应压力，待二次机入口温度趋于稳定时，再将PCE101投自动。

3、反应器脱垢时的相应操作。反应器脱垢时，反应水温由160℃升至200℃，反应器壁结垢会逐渐冲刷掉，物料流动阻力减小，当PCE101手动控制且输出值不发生变化时会出现压力下降，而且脱垢效果越好，PCE101压力下降越大。此时应及时调整PCE101输出值，将其关小，以免发生压力过低而触发联锁。

4、反应水温对反应器压力也有一定影响。反应器冷却水温度控制不能过低，反应水温低，冷热流温差大，换热效果好，但反应水温过低，会导致管内聚乙烯粘度增大，流动阻力会上升，造成管路压降上升，引起反应器压力上升，对于不同MI的产品允许最低反应水温度：

MI > 1时  允许最低水温 140℃

MI ≤ 1时  允许最低水温 150℃

5、切换牌号时，由于产品熔融指数发生改变，管道物料粘度发生改变，从而造成管道自身节流情况发生改变，压力发生变化。当由低指数切换成高指数时压力会下降，应适当开大PCE101输出值，当由高指数切换成的指数时压力会上升，应适当关小PCE101输出值，以保证压力控制平稳。

6、当PHVE101发生故障及K103发生故障时，反应器压力会发生大幅波动，直接导致联锁停车。此时主要注意反应温度的变化，防止温度过高引起高温分解。

三、结论

反应器压力波动是制约高压聚乙烯装置长周期运行重要因素之一，甚至会引起重大安全事故的发生。由于影响反应器压力的因素有很多，在同类同高压装置中也存在不同问题，影响不尽相同，在以上分析中有很多缺陷和不足，只有通过不断地分析、研究找出更好地解决办法，进一步优化生产操作稳定好反应压力，提高装置长周期运行。

参考文献

[1]《化工原理》徐文熙

[2]《高分子化学》潘祖仁

[3]《高压装置出国培训资料》

[4]《齐鲁LDPE装置培训资料》、

[5]《LDPE装置工艺技术规程》