聚合系統關鍵質量控制點的管控

高 仁，李志梅

（陜西北元化工集團股份有限公司 陜西 榆林 719000）

陜西北元化工集團有限公司聚氯乙烯生產工藝以電石為原料，采用懸浮聚合法生產聚氯乙烯樹脂。將單體、水、分散劑、引發劑等物料加入聚合釜內，在一定溫度和壓力下反應生成聚氯乙烯樹脂漿料，進入出料槽的漿料經負壓汽提塔脫除氯乙烯后輸送至干燥工序的離心槽，再經加料泵送入離心機轉鼓內，比重較大的固相顆粒離心沉降于轉鼓內面，和轉鼓同步旋轉的差速螺旋輸送器把物料從固相出口輸出到干燥床，進入干燥床內的濕物料與熱空氣在布風板上方接觸，把進入干燥床的物料吹到沸騰狀態。沸騰狀態的物料顆粒與熱空氣均勻、充分地混合，通過強烈地傳熱和傳質脫除物料中的水分，最終形成干燥的成品樹脂，干燥后的樹脂通過振動篩過篩后，經二次輸送風機送至包裝料倉進行包裝、銷售。

關鍵質量控制點是指在上述工藝流程中，具有關鍵質量特性、對客戶或下道工序有較大質量影響、導致出現不合格品較多的生產控制環節。產品生產過程中關鍵質量控制點存在的問題，應采取特殊管理措施和方法，實行強化管理，使過程產品處于良好的控制狀態，保證其達到規定質量要求。陜西北元化工集團股份有限公司通過近10年的研究摸索，針對聚氯乙烯樹脂生產過程中關鍵質量控制點管控中存在的問題總結出了豐富的經驗，整理如下。

1 聚合釜

1.1 存在問題

該關鍵質量控制點控制的質量指標較多，樹脂的聚合度、“魚眼”、表觀密度、吸油率等指標均與聚合釜有密切關系。但是，在生產實際中，影響樹脂質量最明顯的是聚合釜的自聚問題。聚合釜是聚合反應過程中最關鍵、最核心的設備，聚合釜能否穩定運行，對樹脂質量的影響很大，尤其聚合釜內的自聚物，不僅影響樹脂的雜質，也影響樹脂的“魚眼”，同時對聚合釜的運行周期也有很大影響，一旦聚合釜內出現自聚物，聚合反應結束后出料時容易堵塞出料管線或出料過濾器，產品中“魚眼”、雜質容易超標。

1.2 原因分析

聚合釜是聚合反應容器，入料前將聚合釜沖洗干凈后，對釜內壁進行防粘釜操作，然后將VCM單體、純水、引發劑、分散劑等物料加入釜內進行懸浮聚合反應的大型壓力容器，由于聚合反應過程放熱，防粘釜效果較差或體系分散效果、傳熱效果不良時，聚合釜內局部引發劑引發的聚合反應會導致自聚物產生。根據生產實際情況判斷，大部分均出現在加引發劑管線的內冷管處，此處由于引發劑加入時的壓力、流量影響，容易導致內冷管上出現自聚物。自聚物的自聚中心一旦形成，就會在短時間內自聚成較大自聚物，當自聚物增加到一定程度，出現的一種情況是反應完聚合釜內的物料在出料時容易沉降在自聚物表面及縫隙，下釜入料時這些樹脂進入聚合體系，形成“魚眼”，影響樹脂質量；另外一種情況是大的自聚物脫落，聚合釜攪拌將其打碎后，一些塊狀物在聚合釜出料時堵塞出料過濾器或出料管道，清理較困難，影響聚合釜穩定運行，一些細小的顆粒就會進入樹脂中，成為雜質或難塑化的粒子，造成樹脂雜質或“魚眼”超標。

1.3 管控措施

防止自聚物的形成，主要從以下幾個方面考慮。（1）聚合釜清釜后對于易出現自聚的部位進行清理，人工手動對自聚部位進行涂釜操作。清釜后對于涂釜管線手動閥門的開關情況進行專門的檢查，確保涂釜時涂釜液能正常噴涂。（2）日常運行過程中加強涂釜操作的管控，確保每次涂釜都能保質保量完成。對于涂釜蒸汽閥門、涂釜液控制閥門、涂釜管線的注水閥門等，一定要確保自控閥、止回閥、手閥無內漏且正常好用，這些閥門出現開關不到位、內漏或者堵塞自聚，將會影響涂釜效果，聚合釜會在短時間內出現自聚。（3）對中心筒和分散盤的檢查和調整，保證中心筒內無自聚物，分散盤導流口與內冷管一一對應無偏差，分散盤與中心筒的間隙需合理，不能過大或過小。（4）每次清釜時要對聚合釜涂釜噴頭進行檢查，確保氣液管線安裝正確無堵塞，涂釜噴頭的每個噴嘴內部構件安裝順序正確，噴嘴內部通道暢通、無變形，檢查時將涂釜噴頭拆下來，接入純水或壓縮空氣對噴嘴進行沖洗、吹掃，暢通無阻后安裝使用，有堵塞或變形的噴嘴，要及時進行更換，涂釜工藝流程簡圖見圖1。

圖1 涂釜工藝流程簡圖

2 單體過濾器

2.1 存在問題

單體過濾器壓差大、加單體流量低，切換過濾器易造成雜質超標，樹脂質量波動。單體過濾器主要作用是過濾單體中的雜質，防止單體中的雜物進入聚合釜，影響樹脂質量。單體中的雜物主要為鐵屑和自聚物，此類雜物加入聚合釜會導致聚合反應后樹脂中出現黑點或“魚眼”，樹脂雜質超標。同時，大量鐵離子進入樹脂中，樹脂的熱穩定性會下降，所以在聚合釜入料過程中需要從源頭控制單體質量，而單體加料管線的過濾器尤為重要，不僅能有效過濾單體中的雜物，而且能通過過濾器的堵塞情況判斷單體中雜物的情況。

2.2 原因分析

（1）新鮮單體阻聚劑加入量不足，導致單體在過濾器內容易自聚形成白色薄皮狀物堵塞過濾器；

（2）聚合反應結束時，聚合體系偏酸性，導致回收單體系統碳鋼設備腐蝕，鐵屑進入回收單體系統，尤其在回收單體儲槽內容易積聚，入料時堵塞單體過濾器；

（3）回收單體系統添加的阻聚劑溶液用氫氧化鈉配置，在回收單體儲槽積聚后，回收單體儲槽排水不及時，易導致堿性水腐蝕儲槽及管線，形成的腐蝕物堵塞單體過濾；

（4）單體過濾器濾芯質量較差，在單體泵較高壓力沖擊下容易變形，導致單體加入時阻力大。

2.3 管控措施

（1）合成VCM裝置精餾系統投加適量的阻聚劑，降低新鮮單體的自聚程度；

（2）聚合反應結束后加中和劑回收，調整回收氣的pH值，控制回收系統pH值在7左右，防止回收系統碳鋼設備的腐蝕；

（3）管控回收傾析器和單體儲槽排水，降低回收單體的含水、含鐵和系統中的雜物；

（4）選擇符合要求的單體過濾器，單體過濾器內裝滿過濾精度為10～20 μm的濾芯，每條線2個單體過濾器，正常運行時1臺運行，1臺備用，當運行的單體過濾器出現流量下降或壓差變大時，切換使用備用單體過濾器，對堵塞的過濾器進行檢查清理，濾芯堵塞嚴重時更換新濾芯。

3 汽提塔

3.1 存在問題

汽提塔主要是脫除聚合反應結束后漿料中的氯乙烯，運行時漿料中的氯乙烯通過塔頂的汽提真空泵抽入回收系統，一般塔頂壓力為負壓。運行時塔盤出現泄漏的情況，負壓運行過程將空氣抽入回收系統，致使回收單體含氧偏高。在開停車時，汽提塔沒有漿料進入時，較低的負壓運行會導致泄漏點處大量空氣進入，進入的空氣與回收的氯乙烯混合、溶解，回收單體含氧明顯偏高，以至于回收單體入料后導致聚合釜內含氧增加，影響產品樹脂的平均粒徑[1]，含氧量對樹脂平均粒徑的影響見表1。

表1 含氧量對樹脂平均粒徑的影響

3.2 原因分析

塔盤泄漏主要由于汽提塔冷熱介質交換，熱脹冷縮導致塔盤間出現泄漏。系統含氧高，不僅影響樹脂質量，而且進入回收系統存在很大的安全風險，所以，對于含氧的控制很有必要，由于汽提塔正常情況下負壓運行，如果塔盤有泄漏或者開停車時操作不當，會導致汽提塔回收系統將空氣抽進去，系統含氧增加。

3.3 管控措施

汽提塔塔盤出現漏點后，在開車未進物料前，汽提塔的真空泵出口走放空，防止此時轉氣柜時，負壓抽入的空氣進入回收系統，導致系統含氧升高；停車時，汽提塔停止進料后，塔頂負壓適當調高，半小時后將汽提真空泵出口轉放空，防止此時系統沖洗漿料中的氯乙烯濃度相對較低，過低的負壓會導致漏點處抽入空氣，進而導致系統含氧量增加，對于出現漏點的汽提塔具體措施有以下幾個方面。

（1）汽提塔停車時塔沖洗開始后，10 min內分3次將塔頂負壓增加至-5 kPa，30 min后汽提塔氣相部分由進氣柜轉放空（放空后注意現場氣體檢測報警情況），關閉進氣柜的自動開關閥，打開自動放空閥。

（2）汽提塔清洗完畢后更換有缺陷的人孔墊，緊人孔過程須確保螺栓滿扣無松動現象。

（3）汽提塔開車打壓試漏壓力不宜過高，防止過高的壓力導致堵漏的耐高溫密封膠脫落后再次泄漏。

（4）打壓試漏過程中將漏點標記清楚，開車后及時處理。

（5）汽提開車時的汽提塔升溫、水儲存、水循環、沖洗塔過程中氣相組分不得進入氣柜，及時關閉轉氣柜的閥門，閥門切向放空側排空，汽提塔沖洗干凈，漿料進塔前再打開去氣柜的閥門，關閉放空閥門。

（6）汽提塔開車后中控分析24 h內跟蹤汽提塔含氧情況，漏點處理后再次檢測汽提塔含氧情況。

4 振動篩

4.1 存在問題

振動篩的主要作用是干燥后的樹脂通過振動篩將樹脂中塑化物、過程機械設備的磨損物等一些大的篩余物過濾出來，以減少成品樹脂中的雜物，振動篩篩網的孔徑大小決定過濾過程的精細程度，目前北元化工使用38目篩網，能夠將大部分的篩余物進行過濾，實際運行中比較突出的問題如下。

（1）篩網破損。篩網破損后導致篩余物進入成品樹脂中，下游加工易出現晶點或大的篩余物。

（2）篩后料袋滿料后更換不及時。滿袋后樹脂篩余物在下料口處堆積，通過篩網邊縫大量進入成品樹脂中，造成樹脂中篩余物超標。

（3）篩網網格斷裂。網格主要支撐篩網下面的彈性小球，網格斷裂的金屬條或者彈性小球進入樹脂中，造成客戶投訴。

4.2 原因分析

（1）篩網破損主要與振動篩運行周期和振動篩的質量有關，使用進口篩網時，篩網破損率低、使用周期長，一般都能使用3個月以上。使用國產篩網時，篩網破損率高，使用周期短，大部分用不到3個月就出現破損。

（2）聚合體系有問題時，離心機磨損產生的塑化物較多，篩后料增多，崗位人員不及時更換接料袋，導致篩后料堆積。

（3）振動篩長期運行，一種情況是機械疲勞導致網格斷裂，斷裂后網格上面的彈性小球和斷裂的金屬條進入樹脂中；另外一種情況是彈性小球長時間磨損，直徑變小后從網格孔處脫落進入樹脂中。

4.3 整改措施

篩網檢查每班從檢查孔進行，開蓋檢查每3天1次，確保篩網破損能及時發現并更換。對于網格及彈性小球每次停車都要檢查，大概時間不超過3個月，檢查發現網格有裂紋或破損時，對振篩下的彈性小球網格進行更換。同時，運行時間較長時，對彈性小球進行更換，一般要求彈性小球的直徑在2.5 cm左右時必須進行更換，防止彈性小球穿過網格漏入成品樹脂中。最后就是強化崗位人員的巡檢，對于篩后料袋及時檢查，發現滿袋及時更換，DCS發現篩后料稱報警要第一時間聯系現場人員查看，防止篩后料滿袋后溢入振動篩，通過篩網邊縫進入成品樹脂中造成篩余物超標。

5 二次輸送下料器

5.1 存在問題

二次輸送下料器主要是通過振篩的樹脂經過二次旋風分離器及二次輸送下料器進入二次輸送系統，二次輸送下料器的主要作用就是穩定控制進入二次輸送系統的樹脂量，保證二次輸送系統盡量平穩運行。二次輸送下料兩端的氣封故障或氣封損壞，導致樹脂進入下料器軸承處磨損，產生大量塑化片，塑化片進入成品樹脂中，影響樹脂質量。

5.2 原因分析

（1）下料器運行周期長，未定期對氣封的油封進行維護保養，導致軸承處的油封損壞，樹脂進入軸承處受熱磨損，產生塑化片。

（2）下料器軸承處氣封電磁閥故障或停車檢修后氣封手動閥門未開，導致氣封不能正常運行，下料器軸承的油封在缺少氣封的情況下，管道內的樹脂進入油封，導致油封損壞，樹脂進入軸承處，產生塑化片。

5.3 整改措施

（1）定期對二次輸送下料器進行維護保養，檢查油封運行情況，油封有磨損、老化情況及時更換。

（2）氣封處電磁閥及時檢查，崗位人員巡檢時觀察氣封壓力，氣封壓力偏低或壓力為0時，及時檢查氣源供氣情況和電磁閥運行情況；開停車時執行首末件確認單，確保氣封的氣源手閥處于開啟狀態。

6 出料管線母液沖洗水閥

6.1 存在問題

聚合釜每次出料結束時，需要對聚合釜和出料管線進行沖洗，沖洗水管線通過母液水泵出口一根總管供水，進入聚合裝置后分兩路，一路給聚合釜內沖洗供水，一路給聚合釜底出料管線沖洗供水，出料管線沖洗的母液水水管內進入漿料，帶入聚合釜內造成樹脂“魚眼”超標。出料管線沖洗流程簡圖見圖2。

圖2 出料管線沖洗流程簡圖

6.2 原因分析

主要原因是沖洗水管線止回閥、母液水閥內漏。由于母液水溫度較高，出料時頻繁動作，運行時間較長時，密封面磨損，導致出料管線上的沖洗水閥門出現內漏、止回閥閥芯脫落。聚合釜出料前期壓力較高，漿料倒串入母液水總管和去聚合釜沖洗的母液水管線，當聚合釜內沖洗時，進入母液水管線的樹脂被沖進聚合釜內，聚合釜內殘留樹脂，下次進料時參與二次聚合，形成“魚眼”。

6.3 整改措施

對于發現內漏的母液水沖洗閥、止回閥進行更換；每3個月檢查1次母液水閥門和止回閥，發現母液水閥門密封面和止回閥閥芯連桿磨損嚴重時進行更換，防止運行過程中出現內漏；對母液水閥門的密封面材質進行更換，由原來的軟密封更換為硬密封，減少閥門內漏發生的頻率。