影響橡膠裝置長周期運行的因素分析及解決方案

發布時間：2019-07-25 發布作者：

摘要：丁二烯化學性質活潑，極易發生自聚合反應，生成高分子聚合物，造成設備端點、管道等部位堵塞，給順丁橡膠的生產運行帶來困擾。通過對丁二烯塔系統的冷凝器和回流罐管口的改造，可以減少丁二烯精餾塔系統自聚物的生成，解決順丁橡膠裝置丁二烯系統的長周期運行的生產瓶頸。

丁二烯及溶劑回收單元是順丁橡膠生產工藝的重要組成部分，采用多塔分離方式。作用是回收處理溶劑油和丁二烯，脫除雜質，使之符合順丁橡膠聚合要求。由于丁二烯分子結構中有兩個雙鍵，化學性質活潑，在回收單元丁二烯系統精餾塔的溫度壓力下，丁二烯極易發生自聚反應，生成大量自聚物［1］，造成設備端點、管道等部位堵塞。

1 丁二烯自聚物的形成

丁二烯自聚物通常在高濃度丁二烯系統中形成。在有氧情況下會生成丁二烯過氧化物。當系統中存在不溶聚合物種子時，如果有過氧化物、鐵銹和水存在，丁二烯都可以通過自由基聚合反應，形成爆米花狀聚合物［2］。

（1）由于工業條件限制，丁二烯投料條件是系統置換氧含量在500×10 -6 以下，系統中存在氧氣。

（2）設備管線在檢修清理過程中避免不了氧化腐蝕，生成鐵銹。

（3）由于橡膠生產利用水析法凝聚的工藝特點，使水被帶入丁二烯精餾塔中。

常加入的阻聚劑對丁二烯蒸汽與氧接觸無作用。因此自聚物常生成于丁二烯精餾塔氣相中。

2 丁二烯自聚物的危害

丁二烯自聚物隨液體聚集在設備端點，造成管線堵塞、測量儀表失靈；在丁二烯精餾塔浮閥、降液管中堵塞，引起塔液泛，影響塔頂塔底產品質量；堵塞換熱器列管，引起塔壓升高，生產無法運行，亦會漲裂換熱器列管，造成管殼程介質竄料。自聚物體積占原液體體積的 3 倍，并快速增長導致管線容器脹裂，造成危險物料泄漏。自聚物因其不飽和性，暴露在空氣中極易發生自燃。

3 生產中存在的問題

（1）回收單元脫水塔進料熱交換器和塔頂冷凝器將含有40%丁二烯，溫度為98 ℃的氣相物料先與原料預冷，再經循環水冷凝至40 ℃。由于溫差較大，為防止換熱器熱形變發生泄漏，設計采用浮頭式換熱器。氣相凝液走殼程，原料液或循環水走管程［3］。

由于浮頭式換熱器設備封頭與小浮頭之間、管束之間存在設備死角，殼程丁二烯易發生自聚，影響換熱器換熱效果，造成塔壓升高，被迫降低負荷甚至停車。檢修期間自聚物清理困難，用高壓水、工業酸洗等措施均無法清理干凈。且每次檢修都有浮頭螺栓被自聚物脹死，無法拆卸。近年來，發生過2次封頭因自聚物過多而被脹漏的問題，造成大量丁二烯和溶劑油從換熱器平臺向下擴散，嚴重威脅裝置生產安全，見圖1。

（2）回收單元丁二烯回收塔、丁二烯脫水塔、丁二烯精餾塔回流罐液位計管口經常被自聚物堵塞，造成回流罐液位顯示失靈，被迫停車處理，影響裝置長周期運行［4］。

4 問題的解決方案

（1）脫水塔進料熱交換器和塔頂冷凝器內生成大量自聚物的主要原因是浮頭式換熱器結構復雜，設備死角多；丁二烯走殼程，流速慢，會使丁二烯在高溫環境下停留過長，發生自由基聚合反應。解決辦法是將2臺換熱器由浮頭式改為固定管板式換熱器，并將丁二烯含量較高的塔頂氣改為管程。一方面換熱器結構較為簡單無死角；另一方面走管程流速快，減少了丁二烯停留時間

［5］。

冷凝器換熱面積由367.8 m 2 改為344 m 2 ，管程塔頂氣壓力降小于 10 kPa，換熱能力與原設備相同；進料預熱器換熱面積由 260.3 m 2 改為 344 m 2 ，管程塔頂氣壓力降及循環水流速均在合理范圍內，均滿足裝置操作彈性要求，換熱器改造前、后的流程分別見圖2，3。