LDPE管式反应器因反应一峰粘壁造成分解的原因分析及对策

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【摘要】为解决造成低密度聚乙烯反应器因反应一峰粘壁造成聚乙烯分解，采取了一系列防范和处理措施后，有效地解决了反应一峰存在的粘壁问题，从而也彻底解决了反应器内热分解问题。

关键词：反应一峰粘壁；聚乙烯分解；措施

分类号】：TQ325.12

一、概述

大庆石化公司塑料厂高压聚乙烯一装置采用德国伊姆豪逊专利，由德国伍德公司承包。设计生产能力6.0万吨/年，在一条生产线上完成，装置于1986年7月建成投产。是以乙烯为原料，氧气作引发剂，丙烯、丙烷、丁烯-1作分子量调整剂，采用一热三冷四点进料的管式法反应。反应温度为270～330℃，反应压力为210～270 MPa，最高单程转化率达32%。

高压一装置采用一热三冷四点乙烯进料的管式反应器，反应器长度1480m，热流经差压阀PDV64501进入反应器，三个冷流量通过FV64501、FV64502和FV64503控制，冷流阀前法兰都安装了节流孔板，流通孔径分别为6mm、5mm和5mm，孔板起到节流和减震的作用。反应器压力由反应器尾部脉冲阀PV64502进行调节，脉冲压降的大小通过调整阀开时间控制，主流和三个冷流的乙烯流量分别占二次机打气量的48%、13%、17%和22%，正常生产期间，差压阀和各冷流阀阀位手动控制，冷流注入量的大小通过冷流注入点温度的高低进行判

二、反应一峰粘壁原因分析

装置自投产至今已有20余年，2010年高压一装置进行了计算机控制系统改造，由原来的西门子S5系统升级为西门子S7系统，并实现开车一次成功。此后先后出现多次反应一峰超温分解事故，严重影响了装置的长周期运行、单耗、能耗和装置的产品质量。大检修期间对反应一峰反应管拆检情况发现一峰反应管内壁附着一层聚乙烯，而反应器四峰反应管内壁光滑无聚乙烯，因此反应器粘壁尤其是反应一峰粘壁是存在的，若反应器粘壁严重时，降低了反应管的传热系数，可能导致反应分解。

分析确认造成反应一峰分解的原因就是反应一峰粘壁，而造成粘壁的原因是：

1、脉冲深度小。脉冲深度是脉冲周期结束脉冲阀开前的压力与脉冲后压力最低值之差。如果反应脉冲深度不够，也就是说脉冲时降压幅度小，就会造成反应物料在反应器内流速低，聚合物在贴近反应器内壁处流速更低，形成滞流层，且厚度逐渐增加。脉冲时，当达不到将反应管内部物料冲刷下来的速度，就出现了粘壁。

2、反应一峰引发剂注入量少。出现粘壁后，反应热量不能及时移出，反应温度高，为了防止一峰温度过高，需减少一峰引发剂注入量，引发剂注入量减少后，反应不剧烈产生低指数料，高分子物料黏度大，又加重了一峰粘壁。

3、装置开工初期会增加反应一峰的粘壁，且反应粘壁一旦增加就不易消除，装置出现反应波动，反复开停车等均有可能加剧反应粘壁。另外除了粘壁外反应冷热流的分配不合理，系统抗干扰能力差，也可能造成一峰粘壁甚至分解。

通过对比反应参数和装置控制系统改造前参数后发现，控制系统改造后反应器脉冲深度和控制系统改造前比明显偏小。控制系统改造前脉冲深度在27MPa-30MPa间，而控制系统改造后脉冲深度在14MPa-17MPa间。脉冲深度小，稳定了反应压力，也稳定了反应温峰，使得反应平均压力高，对反应的稳定性和产品转化率都有一定的好处，但是这样就造成了超高压反应器管内物料的流速降低，停留时间加长，高速流动物料对反应器内壁的冲刷效果减弱，聚合物在反应器内壁就会形成滞流层（粘壁），且厚度逐渐增大，最终造成反应一峰粘壁，进而造成反应超温。聚合反应热是通过反应器的夹套管内的热水不断取走的，而随着反应器内壁滞流层不断加厚（粘壁加重），反应管内和物料与夹套的热水换热效果也越来越差，这样反应器物料的温度会越来越高，当温度上升到350℃造成反应超温分解。另外从反应压力脉冲后恢复情况看，其恢复状况和改造前也有很大区别，改造前脉冲后反应压力很快恢复到设定压力，然后在压力设定值附近进行一个偏差消除调整。控制系统改造后，脉冲后反应压力上升的很慢，和控制系统改造前比慢了大概5秒钟。

改造前脉冲时反应压力下降和上升是呈V字形的，而现在反应压力上升和下降是呈 形状的。在脉冲后反应压力恢复的慢，比较长的时间处于不稳定期，由于反应热流、冷流的分配位置不同，在此期间也加大了冷流的注入量，同时也就减少了热流注入量，也减小了反应主流一峰的流动速度。反应压力脉冲后恢复的慢，主要原因是控制系统改造后，恢复了PD控制过程。在控制系统改造前，设计上有PD控制，但是在实际生产中PD控制一直没有起作用，在脉冲后就是PID控制。而此次改造，恢复了原设计，在脉冲后首先是PD控制，然后是PID控制，目的是增加反应压力的平稳性，防止超调。

三、采取措施

减少反应一峰粘壁，优化反应冷热流配比。脉冲阀参数的调整，调整脉冲时间，增加脉冲深度，达到冲刷粘壁效果。脉冲时间是一个脉冲周期结束后脉冲阀保持全开的时间，是脉冲深度的一种控制方式。

1、开车初期采取热流冲刷法来减小反应一峰的粘壁程度。

2、将脉冲周期设为35S，脉冲时间设为890ms，减少脉冲对冷热流配比的影响，同时也降低了脉冲对冷热流配比的叠加影响。

3、将反应一峰和二、三峰温度控制稍低一些，降低脉冲扰动对反应一峰的影响程度。

4、增大反应一冷和二冷的气量，减少因一冷和二冷的气量向主流串动带来的反应波动。

5、优化开工操作，固定冷流配比和分氧量同时固定反应压力和差压阀位，从源头上杜绝反应粘壁的产生。

6、优化粘壁处理和排油操作，减少因粘壁处理和排油操作带来的反应扰动和冷流气量变化。

参考文献：

[1]高压一装置操作规程[Z].大庆石化公司.2012（12）

[2]反应器控制系统操作手册[Z].大庆石化公司.2010（04）

[3]高压聚乙烯一装置工艺技术规程[Z].大庆石化公司.2009（08）