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| 聚丙烯裝置聚合反應(yīng)釜的自動配料系統(tǒng) | 2020-02-27 |
| 摘要：本文論述了液相本體法聚丙烯裝置聚合反應(yīng)釜自動配料系統(tǒng)中，通過改進壓力－溫度串級分程稱重配料系統(tǒng)以及丙烯投料計量自動配料系統(tǒng)來保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗，減輕工人勞動強度，實現(xiàn)聚合反應(yīng)釜的自動控制。 前言：本體法生產(chǎn)聚丙烯的過程中，混合反應(yīng)釜壓力是一個重要的控制參數(shù)，必須保證這一壓力在工藝允許的范圍內(nèi)，否則，如果壓力過高將發(fā)生爆聚，使反應(yīng)過程無法控制，甚至發(fā)生爆炸事故。而釜壓又受溫度波動的影響，要維持釜壓在某一恒定值，必須通過控制釜溫來實現(xiàn)。因此，配料系統(tǒng)選擇了壓力－溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)來解決這一問題。同時由于聚合反應(yīng)前期需要吸熱，而反應(yīng)過程中又放出大量熱，為維持釜壓必須要移走反應(yīng)熱，這就存在一個冷熱水閥交替打開的問題，為此，計量配料系統(tǒng)采取了遙控與分程控制相結(jié)合的控制方法。另外，原料丙烯投入量決定了催化劑、活化劑等的加入量，如果丙烯投入量無法準確計量，將造成催化劑、活化劑、氫氣等的投入量不準，進而造成反應(yīng)質(zhì)量變壞，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)，消耗增高，出現(xiàn)生產(chǎn)事故，因此，稱重配料系統(tǒng)對丙烯投料進行了計量控制。 一、化學反應(yīng)過程概述 丙烯由丙烯泵經(jīng)過計量后打入混合反應(yīng)釜，然后分別加入催化劑、活化劑、氫氣等，投料完成后，向混合反應(yīng)釜夾套內(nèi)通入熱水進行升溫，當釜溫達到７０℃，釜壓達到３.５MＰa時，釜內(nèi)聚合反應(yīng)放出熱量，使釜壓繼續(xù)升高。為了維持釜壓恒定，開始向混合反應(yīng)釜夾套甚至釜內(nèi)水盤管內(nèi)通入冷水，移走反應(yīng)熱，穩(wěn)定釜壓，直至反應(yīng)結(jié)束。 二、控制方案的確定 １、丙烯投料計量自動配料系統(tǒng) 準確計量投入混合反應(yīng)釜中的丙烯量是進行聚合反應(yīng)控制的前提。傳統(tǒng)的做法是將原料丙烯經(jīng)丙烯泵打入丙烯稱重反應(yīng)釜，通過其上的板式液位計進行投料計量后，經(jīng)升壓器壓入混合反應(yīng)釜，是人工的控制方法。由于回收丙烯中含有一定的聚丙烯粉料，極易造成稱重反應(yīng)釜內(nèi)含有粉料或液位計堵塞。另外，稱重反應(yīng)釜液位計刻度的標定誤差也很大，致使投料計量比較困難，必須予以改進。實際上，投料稱重配料系統(tǒng)是一個典型的批量裝載系統(tǒng)。配料系統(tǒng)通過采用美國ＳＣＨＬＵＭＢＥＲＧＥＲ公司M２００－ＤＭ２１００質(zhì)量流量計、德國ＳＩＥＭＥＮＳ公司Ｓ７－２００可編程控制器以及三洲自動化儀表公司的ＺＳＲＸ氣動三通球閥完成了這一系統(tǒng)，實現(xiàn)了對１２臺混合反應(yīng)釜的丙烯投料量的自動控制。由于質(zhì)量流量計的檢測元件為直通管，內(nèi)無阻力件，且采用振動原理，可以解決丙烯內(nèi)含有聚丙烯粉料的問題。 具體控制過程如下： 平時丙烯經(jīng)氣動三通球閥直接回丙烯中間罐循環(huán)。當操作人員通過投料控制按鈕發(fā)出投料信號后，可編程控制器確認丙烯投向哪一個混合反應(yīng)釜并發(fā)出信號打開該釜入料閥以及氣動三通球閥，丙烯經(jīng)氣動三通球閥到質(zhì)量流量計準確檢測后投入混合反應(yīng)釜，質(zhì)量流量計同時發(fā)出流量脈沖信號給可編程控制器進行投料量計算，達到規(guī)定的丙烯量后發(fā)出控制信號使氣動三通球閥動作，切斷投料，并等待下一釜投料。 ２、混合釜升溫及恒溫稱重配料 在聚合反應(yīng)過程中，主要控制的指標是釜溫。但由于測溫元件的測量的滯后，以及由于測量套管插入釜內(nèi)，在套管外表面時有丙烯的聚合反應(yīng)發(fā)生，且有時聚丙烯又覆蓋在套管表面，很容易造成釜溫的虛假現(xiàn)象。因此，在升溫－恒溫控制過程中，選用釜壓作為主要控制參數(shù)就更加合理，更容易達到宏觀控制效果。但這樣做溫度變化引起的釜壓波動不能及時予以克服，因此，通常又把釜溫或夾套出水溫度作為副調(diào)節(jié)參數(shù)。另外，由于聚合反應(yīng)的升溫及恒溫過程是一個化學反應(yīng)的吸熱和放熱過程，因此需要熱水和冷水的交替切換，以便在反應(yīng)初始階段通入熱水加熱使聚合反應(yīng)進行，當溫度升至７０℃左右，壓力達到３.５MPa左右時，聚合反應(yīng)大量開始，放出大量的反應(yīng)熱，此時需要通入冷水帶走反應(yīng)熱，防止超溫超壓。常規(guī)的控制方案是釜壓－夾套出水溫度串級冷熱水分程稱重配料系統(tǒng)。 按照常規(guī)的串級分程控制方案，存在如下問題：一是當反應(yīng)劇烈時，大量放出的反應(yīng)熱通過夾套冷水不能全部帶走，操作人員時常開啟釜內(nèi)盤管閥門通入冷水以求迅速地帶走反應(yīng)熱，二是采用常規(guī)控制儀表也無法實現(xiàn)升溫過程的自動控制，只能用遙控方式升溫，三是當釜的數(shù)量比較多時，采用一臺釜對應(yīng)一臺冷水箱、一臺熱水箱的方式浪費較大，應(yīng)采取多釜共用冷、熱水箱，以節(jié)省投資。為此，配料系統(tǒng)對混合反應(yīng)釜的升溫及恒溫稱重配料系統(tǒng)做了如下改進： Ａ、采取釜溫－釜壓串級控制夾套冷水閥、釜內(nèi)盤管冷水閥，手動遙控熱水閥的方式，較好地解決了釜內(nèi)部反應(yīng)熱不容易帶走的弊病。 Ｂ、１２臺混合反應(yīng)釜共用一個熱水箱、一個冷水箱。為了保證夾套通入的冷、熱水各有所歸，不互相干擾，配料系統(tǒng)設(shè)計了夾套出水冷、熱水快速切斷閥與夾套入水冷、熱水調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖。當夾套通入熱水時，熱水調(diào)節(jié)閥動作并聯(lián)鎖熱水快速切斷閥動作，熱水回熱水箱；當夾套通入冷水時，冷水調(diào)節(jié)閥動作并聯(lián)鎖冷水快速切斷閥動作，保證冷水回冷水箱，在控制室設(shè)置快速切斷閥閥位指示燈，監(jiān)視出水閥動作位置。 三、問題探討 聚合反應(yīng)釜升溫及恒溫共用一個熱水箱、一個冷水箱后，混合反應(yīng)釜夾套以及入水調(diào)節(jié)閥后至出水快速切斷閥前的管道中均存有一定量的冷水或熱水，在冷熱水交替切換過程中，由于入水調(diào)節(jié)閥動作時，相應(yīng)的出水快速切斷閥同時動作，導(dǎo)致管內(nèi)及夾套內(nèi)存有的冷熱水串入相反水箱，造成熱量損失。為此，應(yīng)在入水調(diào)節(jié)閥動作時延時一定時間后再開啟相應(yīng)的出水快速切斷閥，以保證管存的冷熱水仍能夠返回原處，避免熱量損失。 四、結(jié)論 聚丙烯裝置混合反應(yīng)釜自動配料系統(tǒng)改進后，對混合反應(yīng)釜的自動控制，無論是投料準確性，還是釜溫、釜壓的調(diào)節(jié)品質(zhì)、調(diào)節(jié)指標，都滿足了工藝生產(chǎn)的要求，極大地減輕了工人的勞動強度，降低了生產(chǎn)消耗，真正做到了自動化方便生產(chǎn)、方便操作的目的。 | |
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