1 概述

聚丙烯是一種熱塑性樹(shù)脂，機(jī)械性能及熱性能優(yōu)良，且無(wú)毒、易加工、絕緣性好，是五大通用合成樹(shù)脂之一，在工業(yè)、民用塑料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

氣相法聚丙烯工藝，工藝流程短，產(chǎn)品范圍寬，反應(yīng)器可通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)配合專用的催化劑，可生產(chǎn)均聚物、無(wú)規(guī)共聚物、抗沖共聚物等各種牌號(hào)的聚丙烯產(chǎn)品，在聚丙烯領(lǐng)域具有重要的市場(chǎng)地位。氣相法聚丙烯工藝流程主要包含丙烯精制、丙烯進(jìn)料、催化劑及助劑進(jìn)料、聚合反應(yīng)、粉料出料及輸送、擠壓造粒等環(huán)節(jié)。催化劑進(jìn)料系統(tǒng)是聚丙烯裝置較重要的系統(tǒng)之一，物料組分復(fù)雜、性質(zhì)特殊，在儀表選型，安裝等方面有特殊的要求。

 

2 催化劑進(jìn)料系統(tǒng)簡(jiǎn)介

催化劑進(jìn)料速度決定了丙烯聚合速度，進(jìn)料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了催化劑的卸料、配制及計(jì)量、反應(yīng)器注入催化劑等功能。催化劑桶裝進(jìn)廠，在滾筒器充分均勻混合后注入催化劑卸料罐，并在催化劑配置罐中與丙烯混合、攪拌 ；然后使用高壓氮?dú)饧訅捍呋瘎┡渲乒�，在與計(jì)量罐達(dá)到壓力平衡后將催化劑與丙烯的混合漿料通過(guò)重力輸送至催化劑計(jì)量罐。為保持催化劑漿料的懸浮狀態(tài)，催化劑配制罐、催化劑計(jì)量罐均使用攪拌器連續(xù)攪拌 ；系統(tǒng)循環(huán)管線使用隔膜泵對(duì)催化劑漿料進(jìn)行循環(huán)。在催化劑循環(huán)管線上，引出一路催化劑漿料注入管線，通過(guò)計(jì)量泵后輸送注入聚丙烯反應(yīng)器。催化劑進(jìn)料系統(tǒng)如圖1所示。

3 儀表工程設(shè)計(jì)

催化劑進(jìn)料系統(tǒng)，在配制罐及計(jì)量罐上設(shè)有液位計(jì)、壓力變送器、溫度計(jì)及出料閥 ；在管線上設(shè)有壓力變送器、流量計(jì)。催化劑計(jì)量罐后循環(huán)管線及催化劑注入反應(yīng)器的管線均采用卡套管（tube 管），管線上的流量計(jì)、壓力表、閥門均采用卡套過(guò)程連接，管道布置上要求盡量短，彎曲半徑至少5倍管徑，無(wú)液兜。催化劑進(jìn)料系統(tǒng)物料為粉末狀催化劑與液態(tài)丙烯的混合物，混合物呈漿料狀態(tài)，易沉積、黏結(jié)。在催化劑進(jìn)料過(guò)程中需保持催化劑顆粒處于懸浮態(tài)，避免催化劑顆粒堆積，因此進(jìn)料系統(tǒng)內(nèi)部要求盡量保持光滑、無(wú)死區(qū)，同時(shí)還要完成溫度、壓力、流量、物位的精確測(cè)量。

3.1 氣動(dòng)閥門

催化劑配制罐出口閥。常規(guī)球閥由于存在法蘭接管及閥球腔體，會(huì)造成配制罐的出料口物料堆積，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。采用釜底閥可以有效解決以上問(wèn)題。釜底閥有多種形式，按照開(kāi)啟方向不同可分為上展式和下展式。上展式釜底閥開(kāi)啟時(shí)閥芯向上運(yùn)動(dòng)，下展式釜底閥開(kāi)啟時(shí)閥芯向下運(yùn)動(dòng)。由于計(jì)量罐內(nèi)設(shè)有攪拌器，在此選用下展式釜底閥。

閥門采用硬密封金屬閥座，安裝時(shí)閥座伸入設(shè)備法蘭中，消除了法蘭接管這段死區(qū) ；閥芯選用柱塞式，開(kāi)啟式柱塞向下運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。為抵御固體催化劑顆粒對(duì)閥門組件的磨損，延長(zhǎng)使用壽命，閥座與閥芯均堆焊斯泰萊合金硬化處理。閥門出料角度選擇為60°，若配管空間允許可采用45°出料角形式。設(shè)備與釜底閥的法蘭接口設(shè)計(jì)為 PAD 法蘭，可以減少法蘭接管長(zhǎng)度，避免形成死區(qū)。法蘭方向?yàn)樵O(shè)備底部的法線方向，這種設(shè)計(jì)可以保證釜底閥關(guān)閉時(shí)閥芯與設(shè)備內(nèi)壁平齊。

循環(huán)管線及注入管線開(kāi)關(guān)閥。閥門選用卡套球閥，由卡套閥廠家集成氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電磁閥、限位開(kāi)關(guān)等附件。閥門使用全通徑設(shè)計(jì)，過(guò)程連接盡量選用卡套直接連接，避免由螺紋轉(zhuǎn)接卡套，造成系統(tǒng)內(nèi)部粗糙。

3.2 溫度儀表

催化劑配制罐和計(jì)量罐底部的溫度變送器，測(cè)溫元件選用雙支 Pt100熱電阻，帶有溫度計(jì)套管。由于設(shè)備內(nèi)設(shè)有攪拌器，溫度計(jì)套管端部與設(shè)備內(nèi)壁平齊，不可突出設(shè)備內(nèi)壁高度。為盡量減少溫度計(jì)法蘭接管部分的死區(qū)，設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)為 PAD 法蘭。

3.3 液位儀表

催化劑配制罐上設(shè)有兩套液位計(jì)，催化劑計(jì)量罐設(shè)有一套液位計(jì)。液位計(jì)均選用雙法蘭差壓變送器，液位計(jì)膜片采用延長(zhǎng)型，液位計(jì)不設(shè)根部截止閥。

雙法蘭差壓變送器的高壓側(cè)設(shè)備法蘭采用 PAD 法蘭，長(zhǎng)度應(yīng)盡量短并且使液位計(jì)膜片與設(shè)備內(nèi)壁平齊 ；低壓側(cè)不接觸催化劑漿料，安裝不需特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。法蘭方向?yàn)樵O(shè)備底部的法線方向，可進(jìn)一步減小設(shè)備內(nèi)的死區(qū)。

3.4 壓力儀表

催化劑配制罐和計(jì)量罐的壓力儀表位于設(shè)備上部，介質(zhì)主要為丙烯及氮?dú)�，不與催化劑漿料介質(zhì)接觸。采用普通延長(zhǎng)型隔膜密封壓力變送器，由于不接觸催化劑漿料介質(zhì)，安裝時(shí)無(wú)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

催化劑進(jìn)料管線上的壓力儀表要求無(wú)物料堆積、無(wú)死區(qū)。采用特殊隔膜密封壓力變送器，密封膜片采用圓筒式化學(xué)密封，如圖3所示。

密封膜片呈環(huán)形，與管道直接一體式安裝，導(dǎo)壓管內(nèi)填充硅油。壓力測(cè)量時(shí)，被測(cè)介質(zhì)推動(dòng)環(huán)形膜片，壓力由硅油通過(guò)毛細(xì)管傳遞至壓力變送器。由于不需要在管道上設(shè)置取壓口，消除了固體催化劑堆積的可能。

3.5 流量?jī)x表

流量?jī)x表選用天然氣流量計(jì)。天然氣流量計(jì)測(cè)量管形狀分為“U”型管、“Ω”型管、微彎管、直管。在催化劑進(jìn)料管線上，選用單管、直管天然氣流量計(jì)。通常，天然氣流量計(jì)測(cè)量管材質(zhì)為316L、哈氏合金等材質(zhì)。但被測(cè)介質(zhì)含有固體顆粒，并且單直管天然氣流量計(jì)由于起振困難，本身管壁設(shè)計(jì)比較薄，為抵御催化劑顆粒對(duì)測(cè)量管的磨損提高流量計(jì)使用壽命，測(cè)量管選用鈦合金材質(zhì)。流量計(jì)安裝位置應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)震動(dòng)場(chǎng)合。

 

4 結(jié)束語(yǔ)

聚丙烯裝置催化劑進(jìn)料系統(tǒng)的儀表系統(tǒng)，通過(guò)采用隔膜密封型壓力、液位儀表，下展式柱塞型釜底閥 ；PAD 法蘭型儀表安裝，直測(cè)量管形式的天然氣流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的無(wú)死區(qū)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的精確測(cè)量，為聚丙烯裝置長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。