龐艷勇 , 齊 偉 , 王利娟 , 趙 可
(中國石化 中原石油化工有限責任公司 , 河南 濮陽 457000)
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淺談聚乙烯反應(yīng)器的長周期運行
龐艷勇 , 齊偉 , 王利娟 , 趙可
(中國石化 中原石油化工有限責任公司 , 河南 濮陽457000)
摘要:聚乙烯反應(yīng)器長周期運行受到工藝、設(shè)備、電氣、儀表等多種因素的影響。通過對以往停車案例和目前裝置運行情況的分析,工藝操作、設(shè)備和儀表管理、技術(shù)改造等方面的不斷改進,保證聚乙烯反應(yīng)器長周期運行,也是節(jié)能降耗和公司效益最大化的根本保障。
關(guān)鍵詞:聚乙烯 ; 反應(yīng)器 ; 長周期 ; 節(jié)能降耗
中國石化中原石油化工有限責任公司聚乙烯裝置自1996年投料開工以來,通過自主開發(fā),實施了兩次擴能改造,使裝置生產(chǎn)能力由12萬t/a提高至26萬t/a[1],保證了上游乙烯裝置和MTO裝置滿負荷穩(wěn)定運行。聚乙烯裝置是采用美國聯(lián)合碳化物公司的Unipol氣相流化床聚合工藝,由于氣相法PE裝置運行條件苛刻,運行穩(wěn)定性比較差,易出現(xiàn)裝置非計劃停車現(xiàn)象,從而使相關(guān)上下游物料平衡困難[2],若短時間內(nèi)不能開車,將直接導(dǎo)致上游的兩套裝置被迫停車。因此,聚乙烯裝置長周期安全穩(wěn)定運行,是公司效益最大化的有力保障,是公司降本增效的根本措施,也是提升公司競爭力的有效手段。2014年5月7日,聚乙烯裝置計劃停車,此次反應(yīng)器運行周期為694 d,在此期間,聚乙烯車間人員通過對以往停車案例和目前裝置運行情況的分析,并加強對工藝操作、設(shè)備與儀表管理、貨幣化計算、技術(shù)改造等方面的改進,創(chuàng)造了國內(nèi)同類裝置的最長運行記錄,同時也刷新聚乙烯裝置年產(chǎn)量、 單耗、能耗和行業(yè)排名的最好成績。
1調(diào)查分析
中原石化聚乙烯車間QC小組通過現(xiàn)狀調(diào)查,運用 QC方法,并對以往停車案例和目前裝置運行情況進行分析,找出了引起反應(yīng)器非計劃停車的諸多因素,總結(jié)有以下幾點:①靜電問題是影響Unipol反應(yīng)器平穩(wěn)、長周期運行的一個主要問題。原料不純,反應(yīng)器內(nèi)進入毒物都會產(chǎn)生靜電,如果反應(yīng)器流化床中的靜電增強,電場增強,將迫使聚乙烯樹脂細粉和催化劑顆粒吸附到流化滯流區(qū)的反應(yīng)器壁上。在這里,催化劑繼續(xù)引發(fā)反應(yīng),由于傳熱的限制,樹脂熔化成片,并最終從器壁上脫落,落入流化床中[2]。如果反應(yīng)器內(nèi)靜電得不到有效控制,上述過程將會不斷重復(fù),造成結(jié)片連續(xù)生成,最終導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)流化床流化狀態(tài)惡劣、形成結(jié)塊,堵塞反應(yīng)器分布板和出料系統(tǒng),造成停車。②對于氣相流化床裝置而言,催化劑的作用是非常重要的,催化劑劑量的多少決定反應(yīng)負荷的大小,催化劑活性的大小決定其熱點高低。如果催化劑加入量不穩(wěn)定,會造成裝置負荷波動大,催化劑活性不均勻,導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)局部發(fā)生劇烈反應(yīng),進而產(chǎn)生一系列的后果。③晃電對于裝置生產(chǎn)的影響非常嚴重,輕則導(dǎo)致部分設(shè)備停機,重則造成全廠停車,甚至會引起生產(chǎn)安全事故。如果晃電導(dǎo)致K-4003(循環(huán)氣壓縮機)停,造成裝置停車,若短時間內(nèi)不能重啟K-4003,將會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)大量粉料成為大塊料,必須做扒床處理。④反應(yīng)器和循環(huán)氣壓縮機的監(jiān)控儀表較多,涉及的聯(lián)鎖也都非常重要,如果監(jiān)控儀表發(fā)生誤報、失真、堵塞等儀表問題,也都有可能導(dǎo)致裝置聯(lián)鎖停車。⑤操作人員處于生產(chǎn)作業(yè)的第一線,如果操作人員的主觀能動性差、責任感不強,極有可能因員工誤操作導(dǎo)致裝置停車。原因分析見圖1。聚乙烯車間自1997年至今典型停車案例統(tǒng)計如表1所示。
圖1 原因分析因果圖
序號停車原因停車次數(shù)/次1清床102晃電63儀表故障7
針對以上問題,QC采用5W1H的方法,通過試驗和統(tǒng)計分析,把誤操作、反應(yīng)器內(nèi)異戊烷濃度控制偏高、機體不穩(wěn)定、晃電、導(dǎo)葉調(diào)節(jié)慢和儀表誤報確定為要因,針對找出的主要因素,經(jīng)過小組討論、分析、論證,分別制定了相應(yīng)的對策措施。
2工藝操作
正確的工藝操作是保證裝置穩(wěn)定運行的有力手段,為了避免因誤操作,而導(dǎo)致反應(yīng)器停車,采取“伸手之前想3 s”的操作方法,即在各項操作之前認真思考三秒鐘,確保每一步操作都準確無誤,相關(guān)措施有以下幾點:①加強員工的思想教育和事故案例學習,增加員工的主人翁責任意識,提高對誤操作危害性的認識。②加大員工培訓(xùn)力度,提升操作人員業(yè)務(wù)技能。2013年聚合工段進行多次培訓(xùn)工作,結(jié)合一日一題和一月一考的方式,及時了解員工的培訓(xùn)效果,同時還組織了流程大賽、模擬操作等活動,激勵員工不斷學習,不但能提高員工的操作水平,而且有利于反應(yīng)器長周期、穩(wěn)定運行的實現(xiàn)。2014年車間依然繼續(xù)推進培訓(xùn)進度,并把2014年確定為車間“培訓(xùn)年”。③執(zhí)行更為嚴格的考核制度,若員工有誤操作行為,并導(dǎo)致相關(guān)生產(chǎn)事故,扣除一定比例的獎金,停職觀察,并納入年底評優(yōu)項目,其值班長和班長一并懲罰。④建立“異常管理臺賬”,對反應(yīng)器運行中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象建立“異常管理臺賬”,貼近異常點和熱點,通過跟蹤分析,直到解決生產(chǎn)隱患,同時也為反應(yīng)器運行積累經(jīng)驗。
貨幣化計算是我車間全員成本管理的重要組成部分,對于車間的成本預(yù)測、生產(chǎn)調(diào)整和檢修計劃決策等存在直接影響,車間核算小組利用專業(yè)分析工具,核算當前操作熱點,結(jié)合公司財務(wù)狀況,最終以貨幣化的形式,將E-4002檢修費用、反應(yīng)器開車調(diào)組分費用等展現(xiàn)給大家,讓每位員工了解到自己的操作與公司的效益是息息相關(guān)的,提高職工的管理體制責任,也可借此優(yōu)化一些操作指標。
通過查閱資料,異戊烷濃度應(yīng)控制在3%~10%,若異戊烷濃度低則露點低,達不到冷凝效果,特別是在開車投異戊烷時,當異戊烷濃度在2%左右,由于異戊烷和粉料達到一定比例(2∶1),極易產(chǎn)生靜電,給生產(chǎn)帶來不便。當異戊烷濃度達到18%,露點到達反應(yīng)溫度(88 ℃),造成異戊烷在反應(yīng)器內(nèi)不完全汽化,反應(yīng)器內(nèi)積液[3],同時會增大循環(huán)氣密度,增大壓縮機功率,當反應(yīng)器內(nèi)異戊烷濃度控制偏高時,K-4003功率就會增加,異戊烷濃度與K-4003功率對應(yīng)關(guān)系如圖2所示,如果功率達到2 820 kW,K-4003將聯(lián)鎖停,反應(yīng)器停車。
經(jīng)過認真討論,車間決定將反應(yīng)器中的異戊烷濃度由9%降至7%,降低異戊烷泵的沖程,反應(yīng)器中的異戊烷濃度降至7%,同時計算反應(yīng)器內(nèi)異戊烷冷凝情況。計算過程如下:利用P-T-K圖和浙江大學的先進過程監(jiān)控系統(tǒng)可知;當應(yīng)器中的異戊烷濃度為7%,裝置負荷為27 t/h時,反應(yīng)器入口溫度為44 ℃,假設(shè)循環(huán)氣露點溫度為60 ℃,反應(yīng)器的絕對壓力為2 500 kPa時,此時反應(yīng)器內(nèi)液相中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)和相平衡常數(shù),見表2。
圖2 異戊烷濃度與K-4003功率對應(yīng)關(guān)系圖
表2 反應(yīng)器入口各物質(zhì)K和X情況
注:K1假設(shè)循環(huán)氣露點溫度為60 ℃時的相平衡常數(shù);K2假設(shè)循環(huán)氣露點溫度為50 ℃時的相平衡常數(shù);X液相中物質(zhì)的量分數(shù)。
通過迭代法,當假設(shè)循環(huán)氣露點溫度為60 ℃,反應(yīng)器的絕對壓力為2 500 kPa時;f(T)為:
f(T)=18.9×0.0255+39.6×0.0013+3.7×0.1224+0.2554×0.259+0.1×0.5+0.26×0.18+0.223×0.16=1.174 07>1
說明,假設(shè)循環(huán)氣露點溫度為60 ℃,不成立,需重新調(diào)整露點設(shè)定溫度。假設(shè)循環(huán)氣露點溫度為50 ℃,反應(yīng)器的絕對壓力為2 500 kPa,此時,
f(T)=18.9×0.0255+39.6×0.0013+2.4×0.1224+0.2554×0.259+0.1×0.22+0.26×0.12+0.223×0.1=0.93021<1
所以循環(huán)氣露點溫度在50~60 ℃。當反應(yīng)器中的異戊烷濃度為7%,裝置負荷為27 t/h,反應(yīng)器入口溫度為44 ℃(<50 ℃),即反應(yīng)器入口溫度低于循環(huán)氣露點溫度,異戊烷能冷凝。所以當露點溫度在50 ℃時,依據(jù)yi=ki×xi得出循環(huán)氣中氣相異戊烷的物質(zhì)的量分數(shù)為3.12%,液相中異戊烷的物質(zhì)的量分數(shù)為26%,說明循環(huán)氣中絕大部分異戊烷已冷凝。自此,車間規(guī)定將異戊烷濃度控制在7%左右。異戊烷濃度與異戊烷冷凝情況的關(guān)系如圖3所示。
3設(shè)備與儀表管理
圖3 異戊烷濃度與異戊烷冷凝情況的關(guān)系3.1 加強設(shè)備巡檢,減少設(shè)備故障率
設(shè)備運行的好壞直接影響反應(yīng)器的平穩(wěn)運行,為此,聚乙烯車間實施了設(shè)備包機制、預(yù)檢修制、高處巡檢制、備品備件跟蹤制等管理制度,結(jié)合EM系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)問題,及時分析,制定出應(yīng)對措施,實施后加以總結(jié),進行標準化管理和機制化管理。另外還推進“查缺陷管理看板”和“低頭撿黃金”工作,加強設(shè)備巡檢,鼓勵員工發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷,加大獎勵力度;設(shè)備人員點檢、特護記錄填寫、工藝人員電子巡檢、管理職能人員每人每天至少兩次到現(xiàn)場巡檢并簽到等措施形成合力。通過以上制度和措施,大大降低了設(shè)備故障率,針對K-4003機體不穩(wěn)定的問題,車間制定了多種預(yù)防措施,除了加大巡檢力度,還對葉輪眼吹掃氣量進行調(diào)整,更換機體部分螺栓,防止螺栓脫落,定期檢查地腳螺栓緊固情況。
①K-4003PLC故障預(yù)防措施:K4003的軸溫、振動和位移聯(lián)鎖條件由1選1改為2取2。②HV-58無故關(guān)閉預(yù)防措施:將儀表風電磁閥由單路串聯(lián)改為兩路電磁閥并聯(lián)在線。③HV-2113-8A無故關(guān)閉預(yù)防措施:將儀表風電磁閥由單路串聯(lián)改為兩路電磁閥并聯(lián)在線。④TIC-4001-26閥卡塞預(yù)防措施:更換TIC-4001-26閥。⑤反應(yīng)器本體表堵塞預(yù)防措施:每天吹掃反應(yīng)器本體表,定期鉆表,并檢查高點和偏僻處儀表。
4技術(shù)改造
由于原設(shè)計為低壓繼電器,當系統(tǒng)發(fā)生晃電或某一線路失壓時,備子頭將進行自動切換,在2.5 s的切換過程中,容易發(fā)生掉電現(xiàn)象,導(dǎo)致K-4003停。通過技術(shù)攻關(guān),增加時間繼電器,使斷路器在系統(tǒng)出現(xiàn)晃電或失壓下不立即斷開,而是失壓后4 s后斷開,保證晃電后K-4003有4 s的延遲時間,若4 s內(nèi),電壓恢復(fù)正常,K-4003將不會停車。改變總變兩段設(shè)備用電分配情況,我車間設(shè)備分別掛在“I段”110 kV振烯線和“Ⅱ段”110 kV電烯線上,正常運行時,“Ⅱ段”上的設(shè)備運行較多,從而造成“Ⅱ段”負荷較重,“Ⅰ段”負荷較輕。通過重新調(diào)整,多開“Ⅰ段”設(shè)備,使兩段負荷大致平衡,以利于K-4003平穩(wěn)運行。
針對導(dǎo)向葉片跟蹤調(diào)節(jié)慢的問題,為穩(wěn)定氣速,保證E-4002壓差穩(wěn)定,對導(dǎo)向葉片的調(diào)節(jié)實施技術(shù)改造,制定并安裝了專用卡具,并編寫了詳細的操作方法,保證循環(huán)氣速在合理范圍內(nèi)。
5結(jié)束語
針對聚乙烯反應(yīng)器長周期運行的課題,從以上幾個方面入手,通過不斷的努力,實現(xiàn)了反應(yīng)器的長周期運行,減少了裝置非計劃停車的次數(shù),降低了裝置單耗和能耗,減少了員工勞動量,2013年共生產(chǎn)聚乙烯26.1萬t,創(chuàng)裝置年產(chǎn)量歷史最高記錄,與2012年相比,多生產(chǎn)聚乙烯4.3萬t,每噸產(chǎn)品的利潤330元,既為公司多創(chuàng)效益1 418萬元。2013年,裝置單耗為1.002,能耗為88.6 kg標油/t,均創(chuàng)裝置歷史最好水平,與2012年相比,裝置單耗在中石化聚乙烯裝置排名中排列第六名,提升到第三名,能耗排名也由原來的第二名,提升到第一名,提升了裝置的競爭力。
參考文獻:
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1,4-丁二醇催化劑成功實現(xiàn)國產(chǎn)化
日前,國內(nèi)首套采用國產(chǎn)催化劑的1,4-丁二醇生產(chǎn)線已在新疆美克化工股份有限公司10萬t/a裝置上成功運行1年,這套全國規(guī)模最大的1,4-丁二醇裝置所選用的核心催化劑RK-15由大連瑞克科技有限公司提供。該催化劑的成功應(yīng)用,使大連瑞克成為目前國內(nèi)唯一實現(xiàn)該類催化劑工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用的廠家,也使我國成為掌握該類催化劑關(guān)鍵制備技術(shù)的國家之一。
目前我國的1,4-丁二醇(BDO)工業(yè)還處于迅速發(fā)展的階段,根據(jù)我國富煤少油的特點,以煤化工生產(chǎn)的乙炔和甲醛為原料,采用改良炔醛法(改良Reppe法)生產(chǎn)BDO是BDO工業(yè)發(fā)展的趨勢。近年來國內(nèi)新建和擬建的BDO裝置大部分采用這一工藝路線,該工藝的核心1,4-丁炔二醇合成主要采用堿式碳酸銅型催化劑。但由于改良炔醛法工藝核心技術(shù)為國外大公司壟斷,國內(nèi)已建裝置需要的催化劑完全依賴進口,從而導(dǎo)致催化劑價格高、訂貨周期長。另外,堿式碳酸銅型催化劑在使用過程中還存在過濾性差、易流失、壽命短、生產(chǎn)成本高等問題。
針對1,4-丁炔二醇催化劑存在的諸多問題,國內(nèi)多家科研單位進行了研發(fā),但在工業(yè)應(yīng)用環(huán)節(jié)都未取得成功,性能遠不如進口催化劑。2013年,大連瑞克與新疆美克合作,歷時10個月就開發(fā)出了高活性、高穩(wěn)定性1,4-丁炔二醇合成催化劑(堿式碳酸銅型)RK-15,并成功申請了國家發(fā)明專利,其性能指標達到或超過國外催化劑。
目前該催化劑已連續(xù)使用了6個批次,催化劑各項性能指標穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。與國外催化劑的對比表明,RK-15催化劑的激活、初始活性、選擇性與進口催化劑性能一致,在高溫運行條件下催化劑顯示出較高的選擇性,減少了副產(chǎn)物,提高了1,4-丁炔二醇的收率;同時,RK-15催化劑具有較大的顆粒度和更高的耐磨強度,使催化劑具有更好的過濾性,明顯降低了催化劑的流失,延長催化劑壽命20%以上,降低了后續(xù)工段的處理難度。
作者簡介:龐艷勇(1984- ),男,工程師,主要從事聚乙烯生產(chǎn)管理工作,電話:13619867696。
收稿日期:2015-02-28
中圖分類號:TQ050.7
文獻標識碼:B
文章編號:1003-3467(2015)06-0042-04