10萬噸/年聚丙烯裝置換熱器E503改造

趙占陸 吳勇

摘要：通過分析聚丙烯裝置D502加熱系統原理，在充分考慮節能降耗、優化工藝等因素的前提下，對該系統換熱器E503進行改造。并且在改造后取得了比較明顯的效果。

關鍵詞：聚丙烯 節能降耗 切排放 換熱器E503

1 前言：

聚丙烯（PP）是由丙烯經聚合反應生成一種合成樹脂，是五大類通用塑料之一，其發展速度自其工業化生產以來一直居于各種塑料之首應用范圍很廣。華北石化公司10萬噸/年聚丙烯裝置采用BASELL公司先進的Spheripol II 工藝技術，采用國產CS-2-B高效催化劑，具有不需脫灰和無規物，流程短、產品新等特點。該裝置可生產均聚物、無規共聚物和三元共聚物，用于注塑、熱成型、BOPP膜和纖維等制品，產品性能優異。

聚丙烯裝置包括丙烯預精制、水電解制氫、催化劑制備計量、本體聚合、聚合物脫氣和丙烯回收、聚合物汽蒸干燥、聚合物氮氣干燥、擠壓造粒、成品包裝碼垛等單元。在經過一系列工藝反應流程后，華北石化公司聚丙烯樹脂以25kg/袋的袋裝形式出廠。

2 生產中干燥系統主要出現的問題

2.1干燥器D502系統簡單工藝流程

當聚丙烯粉料經過蒸汽干燥器后，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，此時通過氮氣加熱器E503加熱的熱氮氣在干燥器D502中與聚丙烯粉料進行逆向接觸，加熱聚丙烯粉料。聚丙烯粉料中的殘余的水分隨干燥器D502中氮氣一起離開干燥器，之后氮氣進到干燥器洗滌塔（T502）。在干燥器洗滌塔（T502）中，氮氣從洗滌塔底部進入，氣流向上走，與冷卻水接觸，將氮氣中的水分冷凝下來，同時也將氮氣夾帶的粉末洗下來。氮氣再由T502頂經除沫器進入氣體鼓風機C502，通過C502加壓后進入氮氣加熱器E503將氮氣從40℃加熱到120℃。熱氮氣再到干燥器以帶走聚合物中的水份，然后循環。

通過分析聚丙烯粉料的最終干燥效果不僅僅取決于它在干燥器D502的平均停留時間，即干燥時間；還取決于另外一個控制因素也就是干燥器的溫度。而影響這一因素的原因完全取決于氮氣的流量和溫度。氮氣的流量是靠鼓風機C502A/B/C循環完成，溫度是由氮氣加熱器E503控制。工藝中要求以最低干燥溫度點來作為干燥氣的溫度，在裝置中是在溫度測點TI5304測定后，干燥氣溫度值反饋到DCS中與設定值進行比較，而后輸出信號調節氮氣加熱器E503的蒸汽加入閥TV5304，通過低壓蒸汽的加入量來調節換熱器E503熱負荷，從而達到干燥器的溫度。

2.2生產時存在的問題

由于聚丙烯裝置自6萬噸/年擴建改造成10萬噸/年后，干燥器加熱系統中換熱器E503未進行改造，造成給氮氣加熱的能力達不到工藝要求，干燥效果變差，同時影響下游生產和產品質量。因此裝置需要定期切排放來清理換熱器E503以保證加熱效果。切排放造成了丙烯單耗過大，產生大量廢料，影響裝置正常平穩生產。

在線清理對施工作業的施工用時有嚴格要求。如不能按時完成，還會造成裝置停工、爆聚等不可挽回的損失。

2.3換熱器E503出現問題的原因

聚丙烯裝置換熱器E503為一翅片管式換熱器，低壓蒸汽走管程，氮氣走殼程。由于擴容后，干燥器D502頂部出口旋風分離器效果不佳，加上生產聚丙烯時產生細粉過多使得氮氣中夾帶部分細粉。當夾帶著細粉的氮氣經過換熱器E503殼程時，細粉難免附著在換熱器的翅片管上。隨著細粉的積聚使得換熱器加熱效果變差，即便加熱蒸汽給到最大量時，也不能維持正常生產溫度。造成干燥熱氮溫度過低從而影響干燥效果，此時裝置必須切排放，在線清理換熱器E503。

3換熱器E503改造方案

3.1 改造目的

1.通過改造，使得D502加熱系統換熱器E503加熱能力符合生產需求，避免生產過程中的不必要的切排放操作，降低裝置丙烯單耗，提高裝置長周期運行的能力。

2.改造后避免在線清理E503，這樣就同時避免了包含燙傷、氮氣窒息、粉塵閃爆等危險因素較高的作業。

3.2改造內容

在充分考慮裝置結構布局，節能降耗的要求下對換熱器E503進行了以下改造：

增加一臺備用換熱器E503B，以達到氮氣加熱器擁有一開一備的能力。增加相應的閥門、蒸汽和凝結水流程，可以單獨隔離兩臺換熱器中的任何一臺，對換熱器隔離后進行拆清，避免聚丙烯裝置切排放。在冬季外界環境溫度較低時，可以兩臺換熱器并聯操作，提高干燥氮氣加熱后的溫度，確保聚丙烯粉料干燥效果。

3.3改造工藝流程圖

結合以上分析，充分考慮安全生產、節能降耗、現場可操作性的需求，做出工藝流程設計如圖（圖1）。

根據設計，實施了改造，聚丙烯D502加熱系統實現：

1.加熱氮氣溫度得到提高和穩定，完全滿足D502干燥工藝條件的需要；

2.換熱器E503實現一開一備，避免了清理作業時的損失和停工風險。

4 改造后的效果

通過改造取得了明顯的效果：

1、減少清理次數：

改造后由原來每年需要清理14次減少到每年清理8次，明顯減少。

2、保證E503正常使用：

目前改造后的E503已完全避免在線清理的情況，從而不產生廢料、降低裝置單耗、節能減排。同時避免了在線清理可能造成停工、爆聚的不利因素。

完全隔離E503后再進行清理作業能避免包含燙傷、氮氣窒息、粉塵閃爆等危險因素較高的作業。

5 改造后的經濟效益

該項目成功實施，不僅僅使得聚丙烯裝置生產工藝得到有效優化，降低勞動程度，而且直接地減少了經濟損失：

裝置未改造之前切排放清理達到14次/年。每次清理所產生排放料約27噸，損失無法回收的低壓丙烯約5噸。合格粉料約8000元/噸，排放料3000元/噸，丙烯4400元/噸。由此計算：

合格粉料=8000*27*14=302.4萬元

排放料=3000*27*14=113.4萬元

損失丙烯=4400*5*14=30.8萬元

噸袋花費=30*200*14=8.4萬元

每年減少的直接經濟損失=合格粉料+損失丙烯+噸袋花費-排放料=228.2萬元。

6 結論

通過充分分析聚丙烯裝置干燥器D502干燥系統生產要求，考慮工藝優化效果，完成了聚丙烯干燥器D502干燥系統工藝優化及其意見；并在裝置檢修時完成了改造，取得了優異的效果。滿足了裝置長周期平穩生產，節能降耗。

7 文獻

1.華北石化聚丙烯操作規程

2.HB14002中國石油華北石化公司E503技改項目