聚丙烯裝置流化床干燥器漏料原因分析與改進

周 峰

（中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司）

某石化企業聚丙烯裝置采用中石化第二代環管PP 工藝技術，設計產能為300 kt/a，于2010年2 月投產。 粉料干燥是裝置的重要工藝環節，干燥效果不僅影響粉料輸送和造粒機穩定運行，還可能造成產品質量問題。 筆者針對某石化企業聚丙烯裝置流化床干燥器D502 運行中出現的問題，分析了可能的原因，并結合實際工況提出了后續改進措施。

1 聚丙烯粉料流化床干燥器

聚丙烯粉料流化床干燥器為立式圓筒形流化床干燥器，其特點是干燥器內部設有下料中心筒和環形氣流分布板，使聚丙烯粉料在循環氣的帶動下在干燥器內充分流化并沿順時針方向移動，增加了物料在流化床內的停留時間，確保了干燥質量［1］。 環形氣流分布板的設計形式決定了流化床干燥器的工藝性能。 某石化企業聚丙烯裝置流化床干燥器D502 環形分布板由12 塊扇形格柵板組成，其中第1、2 塊分布板位于粉料進料口下方， 第11、12 塊分布板正對中心筒的缺口。每塊扇形格柵板上布滿了沖壓成型的舌形孔，開口方向如圖1 中箭頭所示， 第1～10 塊分布板舌形孔開口方向與中心筒呈切線方向，用于推動粉料沿中心筒移動；第11、12 塊分布板舌形孔朝圓心方向開孔，用于推動粉料朝中心筒下料。

圖1 流化床干燥器和分布板示意圖

2 流化床干燥器D502 運行中存在的問題

自2010 年裝置開工以來，干燥器D502 各項參數運行正常，直至2016 年開始陸續出現問題。其中2016 年7 月因分布板斷裂， 裝置短停消缺更換4 塊分布板（由于沒有備件而臨時借用園區其他企業同類干燥器分布板）；2017 年9 月因分布板大面積坍塌， 裝置短停消缺更換整套分布板；2018 年5 月裝置大修期間考慮到分布板強度問題， 聯合廠家更換整套加強改造的分布板，即將扇形分布板由平面無折邊結構改為導向折邊結構， 并增加徑向支撐梁；2019 年1 月因分布板出現連續漏粉料現象，裝置短停檢查發現分布板上存在粉料堆積且第4 塊分布板舌形孔偏小，做整體更換處理；2019 年5 月又出現了連續漏料，監護運行。

2020 年4 月裝置短停消缺檢查發現第1～6塊分布板嚴重積料， 并且漏料已在干燥器D502底部嚴重堆積（圖2）。 對分布板上、下積料袋清理，并用高壓水槍疏通部分堵塞的舌形孔，檢查確認分布板及其他內件正常。 第4 塊分布板拆卸過程因固定螺母損壞，單獨更換備件。 4 月7～13日裝置完成短停消缺，4 月14 日重新恢復運行后發現D502 分布板漏料量維持在每天1 kg， 分布板壓差緩慢升高，5 月8 日提高循環氣流量后，分布板壓差急劇升高，5 月9 日開始分布板泄漏量擴大至每天100 kg 左右。

圖2 分布板及D502 底部積料情況

2.1 聚丙烯粉料牌號對流化床干燥器的運行影響

2.1.1 分布板積料組成分析

2020 年4 月裝置消缺期， 打開D502 人孔發現分布板上堆積的粉料從進料口下方的第1 塊分布板到第6 塊分布板呈坡度依次減少，積料性質與2019 年1 月消缺情況相似，稍粘結（手可捏碎），在靠近中心筒等部位有大塊粘結料。 為跟蹤分析粉料性質、 新產品開發與分布板積料的關系，在不同堆積高度和特定位置共采集代表性樣品18 個，委托北化院分析。 從北化院紅外分析結果（表1）看，積料熔指分布廣，沒有特定規律。 橡膠相乙烯含量均大于40 wt%，部分塊料橡膠含量偏高，易發粘。

表1 D502 分布板積料北化院分析結果

（續表1）

2.1.2 聚丙烯粉料粒徑分布影響分析

粉料的粒徑分布直接影響干燥器流化工況，表2 為裝置不同牌號聚丙烯粉料粒徑分布情況，粉料的粒徑分布除了與牌號有關外，還受催化劑粒徑的影響。2018 年大修以后裝置催化劑以國產DQC-602 為主， 部分牌號使用進口ZN-118 催化劑或國產HR 催化劑。粉料粒徑分布差異不大，差別主要集中在粒徑0.45～1.00 mm 區間含量。

表2 不同牌號聚丙烯粉料粒徑分布

跟蹤收集干燥器D502 分布板漏料形態 （圖3）， 發現漏料的主要粒徑范圍在1.5～2.0 mm 之間，說明分布板漏料與聚丙烯粉料的粒徑分布沒有直接相關性。聯系干燥器原設計單位對現有粒徑分布的粉料流化工況進行復核：當流化床干燥器循環氣流量控制在12 000～25 000 kg/h 之間時，流化狀態比較好。 此外，循環氣流量不足會導致流化床內流速和分布板孔內流速偏低、氣相動能小和流化效果變差， 這些均有可能造成漏料。

圖3 分布板漏料形態

2.1.3 聚丙烯粉料流動性影響分析

粉料的流動性可能會影響粉料在環形分布板上的移動。 由表3 可知，各牌號粉料的流動性和揮發分含量差別不大。 其中2018 年大修后新開發的高光澤抗沖聚丙烯A 的幾次排產（2018 年9 月首次排產，2019 年3 月第2 次排產）在時間上與干燥器分布板漏料存在相關性。 但對比歷次排產粉料分析數據，A 牌號粉料流動性要優于其他牌號。

表3 不同牌號聚丙烯粉料流動特性

2.2 分布板設計形式對流化床干燥器的運行影響

分布板的設計要點除了要與裝置生產負荷相匹配的尺寸外，還有每塊分布板上氣流分布孔的數量和大小。 由于設備廠家未提供分布板舌形氣流孔的詳細設計參數，2016 年以來的幾次故障更換處理過程也未保留實測數據，只能通過對比干燥器開工初期空床壓差數據來推測分布板在設計形式上有無偏差。

2.2.1 干燥器歷年空床運行參數分析

通過收集干燥器D502 歷年開工初期運行參數（表4），發現在相似循環氣量條件下，從2018年分布板加強改造整體更換后，空床壓差有一個明顯突降，說明改造前后分布板的開孔率發生了變化。 根據2016 年8 月第1 次分布板斷裂現場檢修照片來看，目測改造前后舌形孔數量沒有大的變化， 單塊分布板的開孔數量分別為565、540個，推測開孔間距都是25 mm。

表4 干燥器D502 歷年空床運行參數

對比行業內同類型粉料流化床干燥器空床運行參數（表5），發現空床工況下開孔率和空床壓差也存在相同規律。2016 年8 月流化床干燥器D502 第1 次發生分布板斷裂， 由于沒有備件只能緊急借調項目B 的分布板進行更換，據此可以推測2018 年改造前D502 分布板舌形孔的尺寸應該和項目B 的尺寸一樣，即孔寬4 mm，孔高2.0 mm。

表5 同類型干燥器空床運行參數

2.2.2 干燥器分布板漏料原因分析

結合干燥器空床運行數據推測，2018 年針對分布板的結構加強改造過程可能由于設計、制造等環節出現的偏差導致改造后分布板舌形孔寬度從4 mm 變為6 mm， 在原有的操作氣量條件下，舌形孔氣速不夠，粉料流化效果變差，造成漏料。持續的進料因流化不完全，除一部分漏料外，另一部分在分布板上層逐漸堆積形成積料。 分布板積料使循環氣流通阻力增加， 入口壓力升高。為保護羅茨風機不超負荷， 只能調低循環氣量，流化效果變得更差，持續反復，漏料和積料現象加劇，工況持續惡化。

3 干燥器運行特護及改造優化

3.1 干燥器的運行特護

在裝置不停工處理的前提下，考慮到干燥器分布板目前已經存在積料和漏料的情況，為繼續維持聚丙烯粉料干燥效果以滿足下游造粒單元的工藝需求，討論實施運行特護：一是清理減少分布板上積聚的粉料；二是提高循環風量改善流化工況。

3.1.1 定期清理分布板積料

經設備廠家確認在流化床干燥器D502 罐體沿分布板圓周帶壓開設4 個DN25 mm 的吹掃孔（圖4），并配置氮氣臨時管線。根據分布板壓差和運行工況， 定期利用氮氣反吹分布板上積聚的物料。

圖4 分布板積料吹掃孔示意圖

3.1.2 循環風機擴能

為匹配當前分布板的適宜操作氣量，改善粉料流化工況，需要進一步提高舌形孔氣速。 由于在當前分布板積料工況下，循環羅茨風機電流隨著出口壓力升高而上升，電機功率受限，無法提高循環風量。 經過專業評估將備用循環風機的功率由220 kW 提升至280 kW，過載電流從31 A 提高到40 A， 從而使循環風量有充足的調節余量。可以利用裝置生產牌號切換間隙，投用氣相共聚反應器的窗口期，有計劃地提高循環風量，減少分布板積料。

3.2 干燥器的改造優化

3.2.1 分布板設計形式優化

雖然自2018 年大修后開始， 干燥器D502分布板頻繁出現積料和漏料的問題， 但仍然可以維持造粒單元正常運行。 其中最長一次從2019 年5 月出現連續漏料，監護運行到2020 年4 月裝置短停消缺，期間未發現因粉料干燥效果不佳影響裝置生產和產品質量。 現有干燥器的設計余量偏大， 即使近一半的分布板存在積料也能滿足基本生產需求。 后續將繼續和廠家開展聯合技術攻關， 在保證粉料干燥效果的基礎上盡量減少循環風量，節省風機電耗，降低細粉夾帶消耗。

3.2.2 干燥器內件優化

從聚合物粉料在干燥器內的堆積形態分析，分布板上的積料從干燥器進料口下方的第1、2塊分布板開始。 這主要跟集中進料和粉料的潮濕程度有關， 可以在進料管線出口設置進料緩沖板，減緩對第1、2 塊分布板造成的沖擊。 另外，最好對循環風入口管線加裝氣流分布器，防止在罐底存在氣流死區，導致從分布板漏下的聚合物積聚。

4 結束語

粉料流化床干燥器是影響聚丙烯裝置長周期穩定運行和產品質量的關鍵設備，但其結構和運行原理相對簡單，只要有足夠的循環風量維持干燥器內的粉料處于正常流化狀態，就可以防止分布板上堆積粉料。 裝置通過日常特護措施維持積料干燥器繼續運行， 在2021 年8 月更換了新分布板，并重點加強了分布板制造環節的質量監管， 重新投入運行后干燥器分布板壓差恢復正常，再未出現分布板漏料。