華霄峰，周 路

（中國(guó)化學(xué)賽鼎寧波工程有限公司，浙江寧波 315040）

SEBS 熱塑性橡膠具有優(yōu)異的耐老化性能，既具有可塑性又具有高彈性，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)高檔汽車、醫(yī)療器械、玩具、電線電纜等[1]。由于SEBS 熱塑性橡膠相對(duì)傳統(tǒng)的橡膠產(chǎn)品具備更優(yōu)異的性能，其在業(yè)界享有“黃金橡膠”的美譽(yù)。SEBS 橡膠的主要生產(chǎn)流程為：以丁二烯、苯乙烯為原料，環(huán)己烷為溶劑，在助劑作用下，通過陰離子聚合反應(yīng)首先制得SBS基礎(chǔ)膠，后經(jīng)過加氫反應(yīng)得到SEBS 膠液。SEBS 膠液經(jīng)過汽提系統(tǒng)分離出溶劑得到SEBS 膠粒水，最后經(jīng)過后處理干燥、研磨得到SEBS 成品細(xì)料后進(jìn)行包裝儲(chǔ)存。在該工藝流程過程中，涉及了易發(fā)生自聚的物料、高粘度物料及臨氫工況等苛刻工藝條件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的選型及設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

1 工藝特點(diǎn)

反應(yīng)原料丁二烯、苯乙烯容易發(fā)生自聚。自聚產(chǎn)生的主要原因有：溫度升高促使物料發(fā)生二聚反應(yīng)；物料中摻入了氧，同時(shí)介質(zhì)中混雜了鐵銹及水使得物料發(fā)生自聚反應(yīng)[2]。自聚物會(huì)沉積于管路系統(tǒng)的死角處，造成設(shè)備、管路的堵塞，影響儀表的測(cè)量。同時(shí)，自聚物性質(zhì)極不穩(wěn)定，受撞擊或急劇受熱時(shí)，會(huì)迅速分解自燃引起爆炸，危害性較大。

SEBS 裝置反應(yīng)產(chǎn)生的膠液在熱水中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，粘度為幾百M(fèi)Pa·s，而當(dāng)溫度降低時(shí)，膠液黏度將會(huì)迅速上升至幾千MPa·s，若管道系統(tǒng)流動(dòng)性較差將會(huì)導(dǎo)致物料凝滯堵塞，影響儀表的測(cè)量。

該工藝裝置使用環(huán)己烷作為溶劑，且環(huán)己烷存在于大部分流程階段中，而純環(huán)己烷的熔點(diǎn)為6.5℃。在冬季較冷月，尤其是北方地區(qū)的項(xiàng)目，該物料的測(cè)量管路系統(tǒng)極有可能發(fā)生凍堵現(xiàn)象。

2 流程特點(diǎn)

鑒于SEBS 原料易聚的特性，要求在涉及易聚物料的工藝流程中盡量避免產(chǎn)生死區(qū)，如盡量減小管道支路長(zhǎng)度，避免出現(xiàn)過長(zhǎng)的非流動(dòng)區(qū)段，避免設(shè)置過小的測(cè)量支管等。對(duì)苯乙烯、丁二烯管線需要做好保冷絕熱防護(hù)，避免溫度過高。

生產(chǎn)流程涉及順控程序，開關(guān)閥較多。流程中多采用定值控制、比值控制、兩位式調(diào)節(jié)及串級(jí)調(diào)節(jié)等復(fù)雜調(diào)節(jié)。

生產(chǎn)過程使用到了引發(fā)劑正丁基鋰，該物質(zhì)遇水劇烈反應(yīng)，一旦泄漏與空氣接觸即引起自燃，危險(xiǎn)性較大，因此引發(fā)劑的測(cè)量方案應(yīng)盡量保證整個(gè)工藝系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)，確保無(wú)泄漏。

生產(chǎn)SEBS 的過程涉及加氫反應(yīng)，該反應(yīng)屬于重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝，危險(xiǎn)性較大。對(duì)于臨氫工況，應(yīng)注意防止氫氣泄漏及氫滲透現(xiàn)象的發(fā)生。

另外，SBS 聚合反應(yīng)要求原材料加料的質(zhì)量保持穩(wěn)定的比例，否則將影響聚合效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

3 儀表選型

3.1 易聚工況儀表設(shè)計(jì)

對(duì)于易自聚的苯乙烯、丁二烯物料，流量測(cè)量?jī)x表應(yīng)首選管道式，如渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)?；蛘卟捎酶裟っ芊馐讲顗毫髁繙y(cè)量，如楔式流量計(jì)帶隔膜密封式差壓流量變送器，而不能選用標(biāo)準(zhǔn)孔板帶引壓管測(cè)量的方式。又因其不具備導(dǎo)電性，亦不能選用電磁流量計(jì)進(jìn)行流量測(cè)量。

液位測(cè)量亦需避免選用引出式安裝的普通差壓液位變送器，而應(yīng)選擇隔膜密封式差壓液位變送器，且法蘭一般需選擇DN50及以上規(guī)格，不宜過小。對(duì)根部閥位置，宜參照工藝設(shè)備的絕熱要求，做好相應(yīng)的保冷絕熱防護(hù)。對(duì)于原料純度較高的工段，如丁二烯、苯乙烯精制工段，可以選用插入式隔離膜片，進(jìn)一步杜絕測(cè)量死區(qū)的出現(xiàn)。對(duì)于就地液位的測(cè)量，通常只能選用磁翻板液位計(jì)，難以避免死區(qū)的出現(xiàn)。對(duì)此，一方面可以做好液位計(jì)測(cè)量筒體的絕熱防護(hù)；另一方面，業(yè)主應(yīng)制定相應(yīng)的保養(yǎng)維護(hù)規(guī)程，按時(shí)對(duì)儀表進(jìn)行清洗維護(hù)。

壓力測(cè)量?jī)x表的選型可參照液位儀表，選擇隔膜密封式的壓力變送器。需要注意的是，對(duì)于氣相中含有苯乙烯、丁二烯的工況，亦需選擇隔膜密封式儀表，避免氣相物料進(jìn)入測(cè)量管路中冷凝沉積進(jìn)而發(fā)生自聚，堵塞測(cè)量系統(tǒng)。

在開關(guān)閥的選用中，對(duì)于易聚的苯乙烯、丁二烯，宜選用旋塞式閥門，謹(jǐn)慎選用球閥。因球閥在開、關(guān)的過程中，會(huì)有部分物料遺留在閥體與球芯的間隙中，有可能會(huì)引發(fā)物料自聚而使閥門卡死。

綜上，對(duì)易聚工況儀表的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量避免測(cè)量系統(tǒng)中出現(xiàn)死區(qū)；避免局部的溫升加劇自聚反應(yīng)的發(fā)生；需制定相應(yīng)的維護(hù)措施，及時(shí)清除自聚物；制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)發(fā)生自聚影響儀表測(cè)量或阻礙閥門動(dòng)作時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，排除以上危險(xiǎn)因素。

3.2 臨氫工況儀表設(shè)計(jì)

SEBS 生產(chǎn)過程中需經(jīng)過加氫反應(yīng)，氫氣純度、壓力均較高，在壓力儀表選型時(shí)應(yīng)注意防止氫滲透。氫滲透現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于在高溫高壓工況下，氫分子相互碰撞分裂為氫離子，而氫離子體積較小可穿透金屬膜片的晶格，進(jìn)入隔離硅油中，進(jìn)入硅油內(nèi)的氫離子重組為氫分子，長(zhǎng)期積累可導(dǎo)致膜片膨脹甚至開裂。氫滲透的發(fā)生將導(dǎo)致壓力測(cè)量出現(xiàn)偏差，影響過程控制的精度，嚴(yán)重者可造成儀表的損壞，影響到安全儀表系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作的執(zhí)行等。

目前，在儀表選型中，防止氫滲透的方法主要有以下兩種。

（1）膜片基材選用晶格致密的奧氏體不銹鋼，如316不銹鋼。

（2）對(duì)于臨氫工況，通常當(dāng)溫度大于180℃或者壓力大于2 MPa 時(shí)[3]，可選用鍍金的壓力變送器膜片[4]。而在儀表安裝設(shè)計(jì)中，可采用以下方式避免或減少氫滲透的發(fā)生。①對(duì)于氫氣測(cè)量，變送器引壓口朝下安裝，避免濕氣體在膜片上聚積；②當(dāng)氫氣溫度較高時(shí)，可適當(dāng)延長(zhǎng)引壓管線，降低過程溫度；③給壓力變送器表體增設(shè)遮陽(yáng)罩或保護(hù)箱，避免變送器本體處于高溫環(huán)境。

對(duì)于氫氣的流量測(cè)量，以往項(xiàng)目中通常采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的孔板流量計(jì)。而SEBS 加氫釜?dú)錃膺M(jìn)料采用分段程控的方式，氫氣的流量范圍度要求達(dá)到50 ∶1，而標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量范圍度僅為3 ∶1，無(wú)法滿足該工況的測(cè)量要求。質(zhì)量流量計(jì)的最大量程比可達(dá)100 ∶1，能夠滿足此處測(cè)量范圍度的要求，且經(jīng)計(jì)算能達(dá)到一定的控制精度。

SEBS 工藝流程不涉及高溫高壓工況，工藝管道通常采用RF 法蘭面進(jìn)行連接。但對(duì)于氫氣管道及設(shè)備，如設(shè)計(jì)壓力大于2.5 MPa（GB 50117—2005，12.0.4），應(yīng)按規(guī)范或項(xiàng)目管道等級(jí)表的要求，選用凹凸面的法蘭，以確保更好的密封性。儀表設(shè)備宜選用凹面法蘭，以免儀表在運(yùn)輸過程中發(fā)生磕碰，損壞法蘭密封面影響密封效果。設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意與設(shè)備及管道法蘭面的匹配。

3.3 閥門選型設(shè)計(jì)

在化工項(xiàng)目中，對(duì)于溫度、壓力不大且無(wú)磨損的工況，通?？梢赃x用軟密封的開關(guān)球閥，軟密封閥門通過壓緊閥門密封面的四氟密封圈進(jìn)行密封切斷，即便球芯未經(jīng)過高精度的機(jī)加工亦可使閥門達(dá)到零泄漏的要求。因此，對(duì)于同樣為ANSI VI 級(jí)密封的球閥，軟密封的球閥相比硬密封的球閥價(jià)格要低得多。因此，在化工項(xiàng)目中，軟密封球閥被廣泛使用。但在SEBS裝置中，需要注意的是，對(duì)于膠液及丁二烯介質(zhì)，由于軟密封閥門使用一段時(shí)間后，四氟材質(zhì)的密封圈會(huì)出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象，容易產(chǎn)生變形或脫落，進(jìn)而影響到開關(guān)閥的密封效果，在選型時(shí)應(yīng)予以避免。溶脹是高分子材料特有的現(xiàn)象，其原因在于溶劑分子與高分子尺寸相差懸殊，分子運(yùn)動(dòng)速度相差很大，溶劑分子擴(kuò)散速度較快，而高分子向溶劑中的擴(kuò)散緩慢。因此，高分子溶解時(shí)首先是溶劑分子滲透進(jìn)入高分子材料內(nèi)部，使其體積增大，即產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象。在膠液及丁二烯介質(zhì)中，建議選用硬密封切斷閥，同時(shí)，為避免閥門出現(xiàn)外漏，填料材質(zhì)宜選用柔性石墨。

SEBS 裝置所涉及的物料多為易燃易爆介質(zhì)，對(duì)關(guān)鍵部位的閥門，工藝專業(yè)會(huì)要求選用防火閥。對(duì)于有防火要求的閥門，通常，軟密封球閥要求能夠滿足API-607的耐火測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于硬密封的角行程或直行程閥門，應(yīng)滿足API-6 FA 的耐火測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

SEBS 裝置涉及加氫反應(yīng)，由于氫氣分子體積較小，在閥門選型時(shí)需要特別注意氫氣的外泄。對(duì)于常用的單座調(diào)節(jié)閥，通常需要選用波紋管密封的形式。波紋管密封單座調(diào)節(jié)閥是一種頂部導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥，波紋管一般采用滾焊或氬弧焊與閥蓋上的凸緣或其他零件連接在一起，可徹底消除工藝介質(zhì)從閥桿運(yùn)動(dòng)間隙向外泄漏的可能性，這是波紋管密封閥的顯著特點(diǎn)之一。由于波紋管元件本身變形性和卓越的抗老化性，這種調(diào)節(jié)閥完全克服了填料密封閥門通常存在的填料老化和溫差敏感等弱點(diǎn)。其次，亦可采用波紋管與填料雙重密封結(jié)構(gòu)，安全可靠性更好。而對(duì)于角行程的開關(guān)球閥，因無(wú)法采用波紋管密封形式，在工程應(yīng)用中可以通過選用雙層填料或者特殊填料結(jié)構(gòu)的方式，以達(dá)到比普通單層填料閥門更好的防外漏密封性能。

3.4 儀表形式設(shè)計(jì)

即便對(duì)于相同的工藝裝置，如果項(xiàng)目所在地不同，氣候、地質(zhì)差異較大，也會(huì)對(duì)儀表的類型或形式選擇產(chǎn)生較大的影響。

例如氣候條件，需要關(guān)注項(xiàng)目所在地最冷月的平均氣溫。對(duì)位于北方的項(xiàng)目，最冷月的平均氣溫通?？蛇_(dá)到零度。為了減少項(xiàng)目中儀表保溫伴熱的數(shù)量，同時(shí)也為了減少運(yùn)營(yíng)階段儀表的維護(hù)保養(yǎng)工作量。在壓力及液位儀表選型時(shí)，通常對(duì)于液態(tài)且熔點(diǎn)高于項(xiàng)目地最冷月平均氣溫的介質(zhì)，宜優(yōu)先選用隔膜密封式的儀表，避免將介質(zhì)引出工藝管道系統(tǒng)測(cè)量。對(duì)于含工藝物料的非潔凈氣態(tài)介質(zhì)，可根據(jù)安裝部位，選用短安裝形式，盡量減少介質(zhì)引出長(zhǎng)度。同時(shí)，還應(yīng)關(guān)注變送器本體所能承受的最低環(huán)境溫度。當(dāng)環(huán)境最低溫度低于變送器本體所能承受的溫度下限時(shí)，應(yīng)對(duì)變送器本體設(shè)置保溫箱。此外，雖然選用隔膜密封式結(jié)構(gòu)可以避免將物料引出，但是根部閥部位因介質(zhì)不流通而形成死區(qū)，當(dāng)外界環(huán)境溫度極低時(shí)，亦可能造成該部位介質(zhì)的凍堵。所以，應(yīng)對(duì)照介質(zhì)溫度及環(huán)境溫度的情況，并結(jié)合業(yè)主以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮，對(duì)根部閥部位實(shí)施伴熱或保溫設(shè)計(jì)。

而對(duì)位于南方地區(qū)的項(xiàng)目，因其項(xiàng)目地最冷月平均氣溫往往高于大部分介質(zhì)的熔點(diǎn)，為了節(jié)約項(xiàng)目投資成本，對(duì)壓力、液位儀表可以考慮采用引壓管引出安裝的方式進(jìn)行測(cè)量。對(duì)含有工藝物料的氣態(tài)介質(zhì)（易聚介質(zhì)除外），亦可采用引壓管引壓測(cè)量，但需注意根據(jù)變送器相對(duì)取壓點(diǎn)的位置，按照安裝圖冊(cè)的要求進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)。

需要指出的是，SEBS 裝置使用的溶劑環(huán)己烷的熔點(diǎn)為6.5℃，即使南方地區(qū)，最冷月的平均氣溫通常也低于該溫度限值。對(duì)該介質(zhì)，則應(yīng)優(yōu)先選用隔膜密封式測(cè)量?jī)x表。

3.5 其他選型問題

SEBS 裝置的聚合反應(yīng)對(duì)進(jìn)料的流量控制要求較高，且要求各物料流量按照一定的比值進(jìn)行投料[5]。因此物料流量測(cè)量的準(zhǔn)確性就顯得極其重要。需要指出的是，聚合反應(yīng)要求的流量比值應(yīng)最終轉(zhuǎn)化為各物料的質(zhì)量流量比值。在以往項(xiàng)目中，曾以渦街流量計(jì)測(cè)量進(jìn)料的體積流量，雖然選用的流量計(jì)為主流品牌產(chǎn)品，測(cè)量精度亦可以達(dá)到控制要求，但由于工藝專業(yè)提供的物料密度存在誤差，導(dǎo)致在DCS 系統(tǒng)中折算得到的質(zhì)量流量偏差較大，而無(wú)法完成聚合反應(yīng)。因此，對(duì)于流量控制要求較高的聚合原材料的測(cè)量，應(yīng)優(yōu)先選用質(zhì)量流量計(jì)。

SEBS 裝置選用的引發(fā)劑為正丁基鋰，該物料遇水可劇烈反應(yīng)，化學(xué)性質(zhì)極其活潑，因此該物料的測(cè)量方案應(yīng)優(yōu)先選用隔膜密封式測(cè)量部件，避免引出式測(cè)量，減少可能的漏點(diǎn)，保證整個(gè)工藝系統(tǒng)的密封性。同時(shí)，為確保工藝過程的安全，在聚合加料前，應(yīng)對(duì)物料中的雜質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)量。如丁二烯、苯乙烯、環(huán)己烷中的微量水分測(cè)量，以及氫氣中的氧含量、CO、CO2含量測(cè)量。

由于SEBS 裝置涉及順控程序，閥門較多，而該裝置又涉及重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝，存在較多的SIF 回路，這就經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)DCS 與SIS 均需要聯(lián)鎖動(dòng)作同一處閥門的情況。在以往的項(xiàng)目中，為了節(jié)省項(xiàng)目投資成本，往往采用在一臺(tái)閥門上設(shè)置兩個(gè)電磁閥的方式，其中一個(gè)電磁閥執(zhí)行DCS 指令，另一個(gè)電磁閥執(zhí)行SIS 指令。然而，隨著國(guó)家對(duì)化工安全的重視，以及GB/T 50770—2013《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的修訂，對(duì)SIS 系統(tǒng)的獨(dú)立性要求越來越嚴(yán)格，即便是SIL1回路的閥門也要求與DCS 系統(tǒng)分開設(shè)置。因此，在新建項(xiàng)目中，建議嚴(yán)格按照SIS與DCS 系統(tǒng)儀表完全獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)。此舉更加有利于SIS 系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)管理，確保SIS 系統(tǒng)的穩(wěn)定及可靠，在項(xiàng)目進(jìn)行SIL 驗(yàn)證時(shí)，亦更容易對(duì)相應(yīng)的SIF 回路結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)分，提高SIL 驗(yàn)證的通過率。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來，SEBS 項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)得到了較大的發(fā)展，多個(gè)新建項(xiàng)目正在建設(shè)中。自控儀表在整個(gè)工藝流程中扮演了重要的角色，選擇經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的自控方案，是確保SEBS 項(xiàng)目長(zhǎng)期高效運(yùn)行的重要保障。儀表的選型及設(shè)計(jì)，需要汲取項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化提高，以項(xiàng)目促進(jìn)儀表的發(fā)展，同時(shí)，儀表的發(fā)展、改良也將更好地服務(wù)項(xiàng)目。