淤漿外循環撤熱技術在聚乙烯生產中的應用

摘 要：聚乙烯是在工業及居民生產生活中應用較多的化工產品，做好對于聚乙烯的生產經濟的發展有著重要的意義。在以往的聚乙烯的生產過程中，其聚合反應器的生產能力往往會受到整個系統撤熱能力的限制，文章在對聚乙烯HDPE裝置進行全面分析的基礎上發現撤除聚合釜聚合反應熱是提高聚乙烯聚合裝置產能的關鍵技術之一，在現有工藝的基礎上對聚乙烯聚合設備及配管方面對聚乙烯裝置漿液外循環系統中由于堵塞問題而導致的設備撤熱能力下降的問題進行了分析討論，并提出了相應的解決措施。

關鍵詞：聚乙烯；聚合反應；漿液系統堵塞；改造

前言

做好對于聚乙烯聚合裝置的改擴建是提高聚乙烯產能的重要舉措，在對聚乙烯聚合裝置改擴建的技術中，使用漿液外循環冷卻撤熱技術是其中較為經濟、有效的一種方法，對聚乙烯聚合裝置中的漿液從聚合釜底部的漿液使用循環泵輸送至外循環換熱裝置，待漿液冷卻后再返回聚合釜，使用水作為冷卻劑，在這一過程中，外循環管道除了充當換熱器外還充當著反應器的角色，相較于聚合釜中聚合反應，采用外循環冷卻線路時，其由于溫度下降較快，在溫度下降的過程中其內部的聚合反應仍在繼續，在這一過程中，聚合反應物容易粘附在管道的內壁造成整個循環系統的堵塞，影響外循環冷卻系統的運轉。因此，需要做好對于聚乙烯擴建中外循環系統工藝設備管線的綜合優化，確保聚乙烯聚合反應的正常進行。

1 聚乙烯聚合反應中造成外循環冷卻系統堵塞原因分析

在聚乙烯聚合反應中外循環冷卻系統的使用過程中出現堵塞的問題時有發生，嚴重制約了聚乙烯聚合反應的正常進行，同時也對聚乙烯聚合裝置運行的穩定性與可靠性造成了極大的安全隱患。造成聚乙烯聚合反應外循環冷卻系統出現堵塞的原因主要有：（1）冷卻循環的漿液中含有較多的低相對分子量聚合物，當漿液冷卻溫度低于60℃時其將會從溶劑中析出，并在循環運行中粘附在循環管道的管壁中。（2）在冷卻循環的過程中當循環系統的撤熱效果不足時將會使得冷卻循環管道中局部過渡聚合，聚合物凝結塊隨著漿液的循環堵塞在管道中的接口處。（3）冷卻循環中如果漿液的循環量較大使得聚合釜內擦底管所流出的反應原料氣被再次吸入到循環系統中，從而使得外循環系統中產生局部凝結塊堵塞循環管路。

2 聚乙烯裝置漿液外循環系統綜合優化方法

2.1 聚乙烯聚合外循環工藝流程優化

聚乙烯聚合外循環工藝流程是通過使用循環泵將循環漿液從聚合釜中抽出并在外部換熱器冷卻后返回聚合釜，在這一過程中，溶解在漿液中的乙烯繼續在進行聚合反應。同時由于循環管內乙烯單體濃度遠低于釜內，使得循環管內低聚物的比例要遠比釜內高，較為容易發生聚合物粘附在管壁中從而造成管壁堵塞。因此，需要將冷卻外循環漿液的引出口設置在聚合釜的下段較為合適，從而使得更多的乙烯單體可以進入到冷卻循環管中，增大冷卻循環管中所含有乙烯的單體濃度，降低低聚合物形成的幾率。同時將冷卻循環漿液導入到聚合釜中可以有以下兩種方式：（1）從聚合釜的中側部將冷卻后的循環漿液導入到聚合釜中，采用此種漿液導入方式可以使得冷卻循環漿液兩者之間得到充分的混合，并沿著管壁的壁面上升，但是不足之處是在混合時作用的時間較短，兩者之間的混合均勻度不高，從而使得在聚合釜的中部靠近壁面的區域總是存在一個溫度較低的區域，在這一區域中由于溫度較低將會導致低聚析出的幾率更大，這些低聚物在釜內壁上粘附造成粘壁和掛壁的問題。（2）將冷卻循環漿液的引入口開設在聚合釜的上部，從而使得外循環冷卻漿液都能夠盡可能的與漿液的中心向靠近，從而使得兩者的混合更為均勻，避免在混合區域出現低溫區域導致低聚物的大量析出。采用此種方式可以使得釜內混合狀態良好、分布均勻，即使在混合時兩者之間混合不均勻也不會形成低溫區域而導致低聚物析出導致管壁的粘附。

在聚乙烯聚合裝置的改擴建過程中聚合釜采用的是不銹鋼作為主材，同時為提高保溫效果在其中含有夾層，導致不宜隨意在聚合釜上進行開孔。因此，在聚乙烯裝置的改擴建過程中利用原有的孔，采用下出側進的循環漿液進出方式，將冷卻循環漿液從聚乙烯聚合釜底使用循環泵抽出，在外部進行冷卻后將其從聚合釜的中側部導回到聚合釜內。同時為了使得循環冷卻后的漿液盡可能的導入到聚合釜內漿液的中心區域，使得兩者之間的混合更為均勻，導回的引入管可以水平深入釜中0.5-1.0m左右，確保導入效果。

2.2 做好對于外部循環換熱器的結構性綜合優化

在外部循環冷卻換熱器的選擇上現今多采用的是管殼式淤漿外循環換熱器，其結構如圖1所示。

為提高換熱效果，需要將其改成為錐形結構，從而可以有效的消除封頭內的滯留區，從而減少了換熱器內發生堵塞的幾率，其中錐形結構域管板之間的夾角范圍為10°～80°之間。在改變換熱器結構形式的同時，還需要對導流設施加以優化：（1）在一級或多級換熱器管程淤漿進口段形成錐形導流孔，這些導流孔的形成會加強漿液在錐形封頭內流動的能力，盡可能的減小滯留區，從而有效的降低了換熱器堵塞的幾率。（2）將換熱器管程淤漿進口端封頭直管段使用螺旋導流器，這些導流器可以使用鋼板或是鋼絲制成，為提高導流效果可以設置多組，通過采用此種導流器會在換熱器內形成旋轉流，使得漿液在封頭處的兩向流動能力加強，減少了淤漿中的固體顆粒在其中堆積的幾率。（3）換熱器管子在管板處的擴孔。管子在管處的擴孔能夠降低管板出的滯留區，其中這些擴孔可以開在換熱器管程的進口或是出口處，開在哪一端可以根據現場的實際需求進行選擇。

2.3 做好對于化工設備工藝管道設計的優化

淤漿外冷循環走料管程內壁及相關漿液管線需要對其進行拋光處理，降低低聚物在管壁附著的可能性。同時為了避免在彎頭部分堵塞，在彎頭的選擇上可以采用5D大曲率半徑的彎頭，盡可能的確保管線的順直，同時配管要求盡可能的短，杜絕袋型區域的存在，在一些關鍵管線上應設置沖洗和吹掃管線，降低物料粘附在管壁的可能性，同時對于放凈管線上的切斷閥處，為避免造成堵塞，需要適當的提高漿液的流動速度，避免堵塞的發生。提高漿液流動速度可以選擇較大功率的漿液循環泵。對于從聚合釜到循環泵這一管線需要設置有一定的坡度，提高流動效果。

3 結束語

淤漿外循環技術在多種化工工藝中得到了應用，將其應用于聚乙烯的生產工藝中在提高產量、性能以及生產工藝的柔性等方面有著重要的作用。

參考文獻

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