PVC 樹脂干燥系統存在問題的研究

胡大偉，張征國，徐錦程

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林719319）

陜西北元化工集團股份有限公司 （以下簡稱“北元化工”）PVC 樹脂產能125 萬t/a，其中PVC 裝置區主要生產SG-3 型聚氯乙烯樹脂，年產量10 萬t。在聚氯乙烯生產過程中， 干燥系統的穩定運行是保證PVC 樹脂產品質量的關鍵因素，近年來PVC 裝置干燥系統運行很不穩定，存在離心機振動值偏大、PVC樹脂水分波動大、氣流干燥塔底部溫度波動大、干燥系統風量小、星型加料器不下料等問題，給公司樹脂產量和質量帶來很大影響。針對以上問題，公司成立了“疑難問題”項目攻關小組，從工藝改進和設備改造兩方面分析研究，解決了PVC 樹脂干燥過程中的一系列問題，提高了樹脂產品質量，保障了生產系統的穩定運行。

1 PVC 樹脂干燥系統工藝流程

汽提工序處理完的PVC 漿料進入漿料槽，通過漿料泵輸送至離心機， 經離心機分離后的母液水進入母液澄清槽，脫水后的PVC 樹脂通過絞龍輸送至氣流干燥塔。利用蒸汽在空氣加熱器內將空氣加熱，通過送風機將加熱后的高溫空氣與PVC 樹脂在氣流干燥塔和旋風干燥塔內進行充分的傳熱干燥，干燥后的PVC 樹脂由旋風分離組分離后經星型加料器進入旋振篩， 分離后的熱空氣由引風機排至大氣中。 經旋振篩過濾粗料后的PVC 樹脂進入小料倉，然后通過羅茨風機輸送至包裝工序進行成品樹脂包裝。 PVC 裝置樹脂干燥系統工藝流程簡圖見圖1。

圖1 PVC裝置樹脂干燥系統工藝流程簡圖

2 樹脂干燥系統存在的問題與解決措施

2.1 干燥系統離心機振動值頻繁超標問題

北元化工PVC 裝置干燥系統采用的是臥式螺旋卸料離心機，由轉鼓、殼罩、差速器、螺旋推料器、軸承座、驅動電機、潤滑油站、機座等組成。 離心機運行過程中主機振動值頻繁超標， 最大可波動至13.2 mm/s。 離心機振動值超標后可導致差速器及轉鼓軸承損壞等系列問題， 而且在運行中因振動值超標會出現聯鎖離心機停機， 設備停機后可直接導致干燥系統停車，對生產穩定運行帶來很大威脅。同時設備維修頻繁，平均每月維保1 次，備品備件損耗居高不下。 臥式螺旋卸料離心機結構簡圖見圖2。

圖2 臥式螺旋卸料離心機結構簡圖

2.1.1 離心機振動值超標原因分析

離心機在工作時，PVC 漿料通過進料管輸送至離心機旋轉筒， 漿料受離心力的作用被分離為固體物和澄清液。 固體物沉降在旋轉筒內壁由螺旋推料器推送，通過固體物排出口排出，澄清液則經可調整水位高低的排液擋板溢流口排出[1]。 當PVC 樹脂的顆粒形態及樹脂加料量變化后會導致離心機電流波動，引起離心機振動值超標，同時離心機經長時間運行后轉鼓內部會粘附一定量的物料， 這樣會破壞離心機的動平衡，也會造成離心機振動值超標。

2.1.2 離心機振動值超標的解決措施

針對離心機振動值超標問題， 采取的措施包括（1）在離心機進料管增加U 型彎，從而防止漿料在管道中沉積，造成進料不均勻問題，可以穩定離心機進料流量， 減小離心機因負荷變化所造成的振動值超標。（2）在離心機沖洗水管線新增1 臺金屬管浮子流量計，穩定離心機加料管沖洗水流量，減少離心機電流波動，避免樹脂積聚產生振動。（3）將離心機沖水操作由開停車沖水改為每月固定停加料沖水，每次沖水固定在20 min， 離心機沖水操作改進后從運行狀態判斷轉鼓內積料明顯減少， 振動值有效降低。 通過一系列措施改進后設備檢修頻次由原來的每月1 次延長至每3 個月1 次， 離心機振動值穩定在4.3 mm/s 以內，未出現因離心機振動值超標聯鎖停機現象。

2.2 干燥系統風量對樹脂產量的影響

PVC 裝置共兩套干燥系統， 分一期和二期，樹脂產能為10 萬t/a，通過計算，每天需產300 t 才能滿足年度產量，則每套干燥系統產量為6.25t/h。 通過包裝量對干燥一二期產能進行測試， 在兩套干燥滿負荷情況下干燥一期測試結果為5.76 t/h，干燥二期測試結果為6.5 t/h，兩套干燥每小時產能相差0.76 t。干燥一二期共4 臺風機，一期引風機、二期引風機、二期送風機已相繼更換為新設備，只有一期送風機投用生產時間較長，設備老化較為嚴重。 通過使用風量儀對干燥一二期風量進行測量， 干燥一期引風機出風口測量數據最高39 519 m3/h；最低29 819 m3/h，干燥二期引風機出風口測量數據最高49 896 m3/h；最低42 934 m3/h，干燥一期平均風量為34 669 m3/h，干燥二期平均風量為46 415 m3/h， 兩套干燥風量相差約12 000 m3/h。

2.2.1 PVC 裝置單套干燥系統所需風量計算

干燥系統平均每天按300 t 產量計算， 則單套干燥系統產量為6.25 t/h。 所以PVC 物料干燥流量（干基）6 250 kg/h；離心機出口物料含水質量分數為25%； 干燥塔出口物料含水質量分數為0.3%；氣流干燥塔入口熱風溫度164 ℃；干燥塔出口熱風溫度46 ℃；干燥塔入口空氣（換熱前）溫度20 ℃； 氣流干燥塔出口物料溫度46 ℃；PVC 物料比熱容1.6 kJ/（kg·℃）； 水的汽化潛熱2 500 kJ/kg（20 ℃，0.1 MPa）；空氣的定壓比熱容1.02 kJ/（kg·℃）（105 ℃.0.1 MPa）；密度1.205 kg/m3（20 ℃）；飽和絕對濕度0.015 kg/m3（20 ℃），設備熱損失按15%計算[2]。

（1）氣流干燥塔能耗

物料干燥前的含水率w1=0.25/（1-0.25）=0.33。

氣流干燥塔后的含水率w2=0.003/（1-0.003）=0.003。

氣流干燥塔應除去的水分W塔=6 250×（0.33-0.003）=2 043.75（kg/h）。

氣流干燥塔所需的熱量Q塔=2 043.75×[2 500-（46-20）]+6 250×1.6×（46-20）≈5.1×106（kJ/h）。

（2）氣流干燥塔所需風量

氣流干燥塔所需風量G塔=5.1×106×（1+15%）÷[1.02×（164-46）]≈48 728.81（kg/h）。

換算成體積G塔=48728.81÷1.205≈40438.8（m3/h）。

從以上計算可以看出， 若每天PVC 樹脂產量

300 t，則干燥系統所需風量不能低于40 000 m3/h。

2.2.2 干燥系統風量提高的措施

（1）將干燥一期送風機設備更新，因風機在長時間運行過程中機殼和葉輪與系統中的水汽相互接觸，當葉輪被腐蝕后可導致風機振動大，風機能力下降， 同時將風機葉輪材質由普通碳鋼材質更換為不銹鋼材質。（2）干燥系統除塵器濾袋的積塵對風量有較大的影響，經過分析論證后，將除塵器濾袋每年清洗更換改為每三四個月干燥系統停車維保時清洗。通過以上措施改進， 干燥系統風量已達到生產工藝要求。

2.3 PVC 樹脂水分波動大的問題

干燥系統旋風干燥塔溫度控制指標為35～60 ℃，目前運行溫度42 ℃左右，氣流干燥塔底部溫度控制指標為90～167 ℃， 因生產系統滿負荷運行，氣流干燥塔底部溫度一般控制在165 ℃左右， 但是溫度波動較大，經常導致樹脂水分超標。空氣加熱器入口蒸汽閥門和氣流干燥塔頂部溫度及旋風干燥塔溫度設計有串級控制，但是串級控制未投用。串級控制系統是兩只調節器串聯起來工作， 其中一個調節器的輸出作為另一個調節器的給定值的系統。

2.3.1 PVC 樹脂水分波動大的原因分析

輸送PVC 裝置干燥系統的蒸汽由廠外某熱電公司所供，因蒸汽用戶較多，當其他用戶使用和停用蒸汽時，對干燥系統蒸汽壓力影響較大，同時因干燥系統和聚合釜循環水系統所用蒸汽為一根管道所供，所以聚合釜循環水系統的升降溫度對干燥系統蒸汽壓力的影響尤為明顯。目前干燥系統蒸汽壓力波動范圍在0.65～0.95 MPa， 致使氣流干燥塔底部溫度在130～166 ℃波動，因氣流干燥塔底部溫度波動大，導致空氣加熱器入口蒸汽閥門和氣流干燥塔頂部溫度及旋風干燥塔溫度無法實現串級控制，DCS 崗位人員只能對空氣加熱器入口蒸汽閥門手動開關操作，以控制氣流干燥塔底部溫度在指標控制范圍內，同時因蒸汽閥門手動開關操作頻繁， 導致PVC 樹脂水分波動大，嚴重影響裝置PVC 樹脂的產量和質量。

2.3.2 PVC 樹脂水分波動大的解決措施

（1）PVC 裝置廠區內蒸汽總管分氣缸至聚合干燥系統空氣加熱器入口處重新敷設1 條DN200 蒸汽管道，同時在蒸汽管道上新增蒸汽減溫穩壓裝置，以減少輸送干燥系統蒸汽壓力及溫度的波動， 實現干燥系統的自動串級控制。（2）在干燥樹脂小料倉出口管道增加在線水分檢測儀，將實時檢測到的PVC樹脂水分情況傳輸至DCS 控制室， 使PVC 樹脂水分控制在指標范圍內，從而有效保障PVC 樹脂的產品質量。

2.4 星型下料器不下料問題

星型下料器是將旋風分離組分離后的PVC 樹脂均勻輸送至旋振篩的設備，由電機、轉子、機殼、軸承、機座、減速機等組成。 星型下料器工作時，PVC樹脂靠重力落入，充滿上面和側面的星型轉子空格，轉子由電動機通過減速機轉動軸帶動， 轉子轉到下部時樹脂靠自重卸下。 星型下料器在運行過程中頻繁出現不下料的問題， 當這種異常現象出現時崗位人員必須立即使用錘子敲擊旋風分離組下料口，以達到順暢下料的目的。 崗位人員對星型下料器不下料現象發現不及時， 會造成引風機排氣口跑料的重大安全隱患。

2.4.1 星型下料器不下料的原因分析

由于受干燥系統蒸汽壓力波動的影響，PVC 樹脂水分波動頻繁。 當樹脂水分較大時容易出現結塊粘附在旋風分離組內壁并將旋風分離組下料管堵塞。 旋風分離組下料管堵塞后會引起星型下料器不下料等情況的出現。

2.4.2 星型下料器不下料的解決措施

在旋風分離組下料口安裝一套氣錘， 當崗位人員每小時巡檢時打開氣錘氣源敲擊分離組， 以保證旋風分離組下料順暢。為了減輕崗位人員勞動強度，對氣錘進行了自動化改造， 在旋風分離組下料口安裝一套手自一體PLC 控制系統，編制好PLC 控制程序， 根據程序使氣錘間隔一定時間自動敲擊旋風分離組。

2.5 PVC 樹脂雜質超標問題

PVC 樹脂的雜質粒子可分為機械磨損雜質和高溫后的黃點雜質，樹脂中的黃點對一般PVC 樹脂制品的影響不大， 而機械磨損雜質不但會影響下游加工制品的美觀， 還有損于制品的機械性能。 在PVC 樹脂的生產過程中，樹脂中存在雜質粒子也是正常的，但雜質粒子偏多，會給下游加工生產、制品性能和外觀帶來很大影響。

2.5.1 PVC 樹脂雜質超標的原因分析

（1）氯乙烯單體中含高沸物的影響，因為氯乙烯單體中的高沸物均為活潑的鏈轉移劑， 所以在聚合反應中能使聚氯乙烯長鏈發生轉移， 降低聚合反應速率和樹脂的聚合度，影響聚合體系的穩定性，形成粗粒子及塊狀物。 （2）聚合釜出料操作的影響，聚合釜漿料未出凈或者出料后釜壁未沖洗干凈， 會使部分余料存在于下一釜的反應過程中， 經過多次聚合形成顆粒明顯偏大的樹脂， 此種樹脂由于重量相對較重， 在氣流干燥塔底部停留時間相對延長而變黃發黑，經旋振篩過篩后會產生大量的雜質粒子，若清釜不及時，使部分黏釜料掉入釜內，經過機械磨損和物理碰撞出現較大的顆粒黃點污染大面積漿料，在清釜結束后，若釜內未進行徹底沖洗，也會導致雜質粒子的升高。 （3）汽提系統運行的影響，由于汽提塔使用蒸汽為碳鋼管道，且輸送管道較長，在供氣不穩定或開停車時， 會有冷凝水夾帶鐵銹進入系統影響樹脂雜質。同時，汽提系統各設備及管線死角處容易沉積樹脂，經長時間停留后會變黃發黑。 （4）干燥系統自身的影響，PVC 樹脂在氣流干燥過程中所抽入的熱風均為環境空氣， 當空氣帶有較多的塵埃或空氣除塵器周圍灰塵多時，會造成環境雜質進入PVC樹脂中產生雜質粒子。

2.5.2 PVC 樹脂雜質超標的處理措施

（1）針對單體含高沸物等雜質問題，將合成氯乙烯精餾操作進一步精細化， 通過優化工藝控制指標和操作方法，從源頭上把關，保證聚合釜進料所用單體質量合格。 （2）針對聚合釜料未出干凈，或者清釜不凈的現象， 每次清完釜后用噴淋水對釜壁沖洗多次，然后用高壓水對釜底殘留清釜料徹底沖洗，同時將聚合釜排水管的位置改造至漿料管線的最底端，防止雜質粒子污染漿料。（3）針對汽提系統運行的影響， 在進汽提塔蒸汽管線入口處增加1 臺管道除鐵器， 在進汽提塔沖洗水管線入口處并列安裝2 臺管道除鐵器，以去除碳鋼管道腐蝕產生的鐵雜質。 同時在汽提塔漿料進出口管道的死角部位加裝沖洗水，每次汽提裝置停車時加大沖洗水量并延長沖洗時間，降低PVC 樹脂中的雜質粒子。（4）針對干燥系統自身存在的問題， 制定了規范的干燥系統清理管控措施，對空氣除塵器積塵、旋風分離組積料、氣流干燥塔塔底積料等關鍵設備編制了詳細的檢查和清理操作規程，每次檢查和清理時做好相關臺賬記錄。

3 結語

在PVC 樹脂生產過程中，干燥系統的穩定運行對產品的產量和質量起著至關重要的作用， 北元化工針對PVC 裝置干燥系統存在的諸多問題，采取了一系列的針對措施，使PVC 樹脂產品質量有了更進一步的提升，受到客戶的普遍好評。