聚乙烯裝置擠壓造粒工段布置優(yōu)化

周新馨

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

聚乙烯裝置擠壓造粒工段布置優(yōu)化

周新馨

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

文章通過對(duì)聚乙烯裝置擠壓造粒廠房設(shè)備布置方案的分析比較，確定最終布置方案，并優(yōu)化其設(shè)計(jì)。

聚乙烯裝置；擠壓造粒；設(shè)備；布置優(yōu)化

1 概述

1.1 裝置概況

隨著化工行業(yè)的發(fā)展，聚乙烯裝置的數(shù)量也越來越多，工藝技術(shù)及條件雖各有不同，但擠壓造粒工段是其中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于擠壓造粒廠房較高，投資額在整個(gè)裝置所占比例也非常高。如何更合理的利用和優(yōu)化擠壓造粒廠房，對(duì)控制項(xiàng)目投資有重要意義。

1.2 工藝簡(jiǎn)述

聚乙烯裝置擠壓造粒工段是將聚合反應(yīng)產(chǎn)出的聚乙烯粉料在氮?dú)猸h(huán)境下輸送到擠壓造粒框架頂端產(chǎn)品脫氣倉內(nèi)脫除烴類和殘留的烷基鋁，粉料利用自身的重力經(jīng)旋轉(zhuǎn)加料器和振動(dòng)篩后，進(jìn)入添加劑系統(tǒng)，再通過混煉機(jī)進(jìn)料緩沖料斗進(jìn)入擠壓機(jī)組，進(jìn)行造粒。此工段的流程大體上可由以下幾個(gè)部分組成，詳見圖1。此工段的操作溫度和壓力都不高，物料采用重力流形式進(jìn)行輸送。但由于各組成單位間以粉料居多且加入大量氮?dú)饷芊猓虼嗽O(shè)計(jì)過程中既要考慮粉塵爆炸，又要考慮防止封閉的構(gòu)筑物內(nèi)形成氮?dú)庵舷h(huán)境。

圖1 聚乙烯裝置擠壓造粒工段流程

1.3 擠壓造粒的布置原則

擠壓造粒框架一般自上而下由脫氣倉-旋轉(zhuǎn)閥-添加劑-擠壓機(jī)組幾個(gè)大的部分組成。該部分的管線物料均采用重力流運(yùn)動(dòng)，設(shè)備布置須考慮物料重力流的特點(diǎn), 在保證休止角的情況下(與水平夾角保持70 ～80 度)合理布置。由于擠壓造粒廠房自下而上設(shè)備越來越少，合理的廠房形式設(shè)置對(duì)于消防和投資影響較大。布置原則可從如下幾個(gè)方面考慮：

(l) 地面一層廠房的平面(長(zhǎng)度和寬度)。主要是由擠壓機(jī)組決定。兼顧考慮機(jī)組撬塊設(shè)備的布置及檢修、機(jī)組周邊的排水溝及電纜橋架的布置。

(2) 地面一層廠房的豎面(高度)。主要考慮機(jī)組最大部件(主電機(jī))的起吊高度。其次考慮管廊布置、主要物料管線布置、吊車梁設(shè)置、擠壓機(jī)組的混煉機(jī)進(jìn)料料斗的支撐。

(3) 擠壓造粒框架的平面及豎面。在確定混煉機(jī)進(jìn)料料斗入口位置的情況下, 做出主物料及添加劑系統(tǒng)物料的配管研究方案, 從而確定脫氣倉的基礎(chǔ)高度,造粒廠房及框架形狀。脫氣倉中心與反應(yīng)器中心應(yīng)處于同一直線上，來確定脫氣倉的平面位置。

(4) 其他設(shè)備及主要管線的布置。粒料的干燥系統(tǒng)也是利用物料的重力流, 還有放空管線, 也要考慮物料休止角度的問題。

一般說來, 經(jīng)前3 步后確定的框架能夠滿足第4 步中的要求,必要時(shí)也可以返回步驟，對(duì)框架做必要的調(diào)整。至此, 脫氣及造粒的廠房和框架基本確定。

2 擠壓造粒一層框架布置及優(yōu)化

擠壓機(jī)組布置在廠房一層，擠壓機(jī)組的制造廠商不同其結(jié)構(gòu)形式和布置方式也不同。目前應(yīng)用較多的有呈“L型”、“T型”和“I型”布置的擠壓機(jī)組機(jī)組同時(shí)都帶有相當(dāng)數(shù)量的撬塊設(shè)備為機(jī)組本身服務(wù)。此一層廠房的設(shè)備布置均顯得比較緊湊。

以“L型”和“T型”的擠壓機(jī)組為例。兩種擠壓機(jī)組均含有混煉機(jī)，熔融泵，切粒機(jī)三大組成部分，廠房布置時(shí)需要綜合考慮設(shè)備的吊裝、施工、安裝、檢修，以及生產(chǎn)操作的需要。其中擠壓機(jī)機(jī)身包括軌道的長(zhǎng)度；擠壓機(jī)機(jī)組內(nèi)各單元(如熱油單元、潤(rùn)滑油單元、液壓油單元等)的布置；擠壓機(jī)部件(螺桿、主電機(jī)、齒輪減速箱等)的檢修空間；混煉機(jī)進(jìn)料料斗的布置；切粒水箱及切粒水泵、換熱器等設(shè)備的布置, 若室內(nèi)布置不下,可布置在廠房外。但在北方地區(qū)還需要考慮防凍問題。

2.1 一層廠房寬度優(yōu)化

受擠壓機(jī)組長(zhǎng)度、吊車軌道長(zhǎng)度及各部件檢修空間的限制，一層的設(shè)備布置一般在跨度上可調(diào)整范圍不大，需要根據(jù)擠壓機(jī)供貨商的要求進(jìn)行綜合考慮。由于設(shè)計(jì)初期資料不夠完善，一層廠房跨度若設(shè)計(jì)太小對(duì)后期產(chǎn)生影響很大。一般最小以12m跨度考慮。混煉機(jī)、熔融泵、切粒機(jī)及大螺桿在相應(yīng)的檢修方向需設(shè)置大型的檢修門，方便檢修部件進(jìn)出廠房，門的大小應(yīng)滿足該部分最大檢修部件的進(jìn)出空間。開車初期的廢料處理也應(yīng)兼顧考慮。開車初期因管線及設(shè)備內(nèi)部清潔度不高，初期產(chǎn)品一般較臟不能作為成品。在開車初期將擠壓機(jī)切刀與機(jī)體分離，不合格廢料由切刀位置流出，直至流出晶瑩透明的清潔產(chǎn)品再進(jìn)行合刀正常生產(chǎn)。流出的廢料需迅速清理以防止大量廢料凝固于機(jī)體內(nèi)部造成纏刀等不良后果，在靠近取廢料附近也需盡量設(shè)置門。

熱油單元由于操作溫度較高，出于防爆要求的考慮均放在廠房外的附加二區(qū)內(nèi)。圖2、3為兩種不同形式擠壓機(jī)組，雖然擠壓機(jī)的形式不同，但由于機(jī)組的螺桿的檢修區(qū)域以及附屬單元(潤(rùn)滑油單元等)都需要靠近機(jī)組布置，因此廠房一層的大小基本相同。

圖2 “L型”擠壓機(jī)組廠房一層的布

圖3 “T型”擠壓機(jī)組廠房一層的布置

2.2 一層廠房高度優(yōu)化

擠壓造粒工段一層主要設(shè)備是擠壓機(jī)組，廠房基本高度應(yīng)滿足機(jī)組各部件的吊裝和檢修，機(jī)組最大部件的吊裝高度約為6.5m。混煉機(jī)進(jìn)料料斗置于混煉機(jī)入口正上方，高差一般約為300mm，兼顧風(fēng)送系統(tǒng)粒料緩沖料斗的高度。通常將混煉機(jī)進(jìn)料料斗、風(fēng)送系統(tǒng)吹出倉和擠壓機(jī)組布置在廠房一層。

根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，廠房高度優(yōu)化受限于混煉機(jī)進(jìn)料料斗的支撐形式與操作檢修空間，查閱相關(guān)資料，料斗一般在廠房的結(jié)構(gòu)框架上支撐。一層廠房高度既要滿足擠壓機(jī)的吊裝高度，又要滿足進(jìn)料料斗的操作檢修。結(jié)合幾個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)一層廠房的高度都定在10m左右，可調(diào)節(jié)范圍不大。

2.3 中間層設(shè)備布置優(yōu)化

擠壓造粒廠房二層、三層、四層的設(shè)備布置主要以添加劑系統(tǒng)設(shè)備為主，該系統(tǒng)設(shè)備一般成套供應(yīng)，設(shè)備布置基本固定。

從設(shè)備平面布置的角度，添加劑系統(tǒng)所在樓層平面主要為添加劑系統(tǒng)設(shè)備，一般布置較緊湊，在平面上保證設(shè)備必須的操作空間，其余部分均可根據(jù)構(gòu)造要求優(yōu)化刪減，見圖4、5。

圖4 某項(xiàng)目添加劑系統(tǒng)設(shè)備三層平面布置

圖5 優(yōu)化后添加劑系統(tǒng)設(shè)備三層平面布置

從設(shè)備豎面布置的角度，添加劑系統(tǒng)的物料依靠重力流自上而下。設(shè)備一般不大，為幾組設(shè)備的簡(jiǎn)單堆疊布置，設(shè)備間只需直管段連接。設(shè)備的豎面布置以及框架層高的主要以部分設(shè)備的大小以及其實(shí)際操作區(qū)域進(jìn)行考慮，在滿足要求的情況下減小層高以便節(jié)省投資。該系統(tǒng)設(shè)備一般分三層布置，既滿足結(jié)構(gòu)要求又能有效的縮短設(shè)備間的管線連接。

添加劑系統(tǒng)設(shè)備定位的要點(diǎn)在于一層混煉機(jī)進(jìn)料口的位置。物料經(jīng)添加劑系統(tǒng)流入大螺旋中與粉料樹脂在其中進(jìn)行混合后進(jìn)入混煉機(jī)進(jìn)料料斗，即進(jìn)入造粒系統(tǒng)。由于混煉機(jī)進(jìn)料料斗在混煉機(jī)進(jìn)料口正上方，添加劑系統(tǒng)設(shè)備定位也可根據(jù)混煉機(jī)及進(jìn)料料斗的定位反推的方法來確定。

3 上部設(shè)備布置優(yōu)化

正常工況下，擠壓造粒工段物料經(jīng)振動(dòng)篩進(jìn)入排氣緩沖料斗后再進(jìn)入添加劑系統(tǒng)的大螺旋內(nèi)。應(yīng)某些業(yè)主要求，在事故工況下部分粉料可通過風(fēng)機(jī)先送入種子料倉，待后續(xù)系統(tǒng)恢復(fù)后再通過風(fēng)機(jī)輸送至事故緩沖料斗進(jìn)入后系統(tǒng)。因重力流物料，通常將事故緩沖料斗布置在擠壓造粒框架的上部，料斗的大小和位置對(duì)框架的結(jié)構(gòu)及大小有很大影響。而有無此系統(tǒng)對(duì)擠壓造粒框架投資也影響較大。

以某聚乙烯裝置為例，事故緩沖料斗直徑5m,高約14m(含頂部袋濾器)。設(shè)備大，操作總重也大，設(shè)備所占位置大且需要單獨(dú)支撐。該設(shè)備與脫氣倉并排支撐，設(shè)備的頂部框架標(biāo)高達(dá)到了60m，而該部分框架只為支撐事故緩沖料斗使用，見圖6。

圖6 某項(xiàng)目事故緩沖料斗的平面布置及該部分的框架形式

經(jīng)分析討論，事故緩沖料斗是后系統(tǒng)為接近常壓氮封體系，前系統(tǒng)為帶壓輸送體系，主要作用為分割前后稀相和密相輸送體系，防止前系統(tǒng)空氣帶入后系統(tǒng)，而非主要起緩沖作用。故減小設(shè)備大小，縮小緩沖能力，保留袋濾分割作用。設(shè)備直徑由原來的5m減小到了2.2m，支撐形式由與脫氣倉并列支撐調(diào)為布置在脫氣倉框架內(nèi)部支撐，將原支撐事故緩沖料斗的框架部分(32m至60m)進(jìn)行削減。此項(xiàng)優(yōu)化從整個(gè)框架布局和設(shè)備購置兩方面減少投資費(fèi)用，在今后的脫氣倉回路設(shè)計(jì)中可從事故緩沖料斗的作用出發(fā)綜合分析以便更有好利用框架形式，節(jié)省更多投資，見圖7。

圖7 優(yōu)化后事故緩沖料斗的平面布置及該部分的框架形式

4 結(jié)語

擠壓造粒廠房一層高度和寬度受擠壓機(jī)組設(shè)備的布置、檢修及操作空間等因素限制，不論采用哪種型式的擠壓機(jī)組，布置都基本相似，一層的高度及寬度基本相同，可調(diào)整變化空間不大。二層以上框架從下到上，主要布置了添加劑系統(tǒng)設(shè)備和脫氣倉。本次因事故緩沖料斗尺寸變小，重新調(diào)整其布置并縮減框架部分位置層高，合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，減少約計(jì)1500萬元結(jié)構(gòu)費(fèi)用。今后擠壓造粒工段布置的設(shè)計(jì)可綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備布置，有效節(jié)省裝置投資和提高廠房利用率。

[1] 王 昊.聚乙烯裝置改擴(kuò)建擠壓造粒設(shè)備布置的優(yōu)化[J].石油化工設(shè)計(jì)，2004，21(4):61-64.

(本文文獻(xiàn)格式：周新馨.聚乙烯裝置擠壓造粒工段布置優(yōu)化[J].山東化工，2017，46(12)：153-156，161.)

2017-04-24

周新馨(1984—)，女，浙江寧波人，工程師，主要從事化工裝置配管設(shè)計(jì)、過程安全工作。

TQ325.1+2

A

1008-021X(2017)12-0153-04