劉逸飛

(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

1 終止系統(tǒng)的意義

低壓聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程中，乙烯聚合反應(yīng)所釋放的熱量被循環(huán)氣帶走，并由水冷式的循環(huán)氣冷卻器移除。如果循環(huán)氣或冷卻水流量停止，反應(yīng)熱則會(huì)在反應(yīng)系統(tǒng)中累積，導(dǎo)致樹(shù)脂熔融乃至結(jié)塊。雖然床層溫度過(guò)高不會(huì)造成反應(yīng)器超壓，且熔融和結(jié)塊會(huì)將催化劑包裹從而降低了反應(yīng)速率，對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)裝置是安全的。但是任由其發(fā)展下去，會(huì)使得結(jié)塊逐漸長(zhǎng)大，導(dǎo)致流態(tài)化中斷。這時(shí)就需要停車(chē)清理結(jié)塊，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和潛在的人身傷害。

為解決這個(gè)問(wèn)題，在工藝流程中設(shè)置終止系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生特定情況時(shí)啟動(dòng)終止系統(tǒng)，可以幫助減緩乃至停止反應(yīng)。如果未能在終止過(guò)程中向反應(yīng)器中注入終止劑并使之分布在床層中，將再無(wú)其他替代方法阻止聚合物結(jié)塊。

2 終止系統(tǒng)的作用類(lèi)型

終止系統(tǒng)作用類(lèi)型有以下幾種：

2.1 Ⅰ型終止

圖1 Ⅰ型終止流程

當(dāng)反應(yīng)器床層溫度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，Ⅰ型終止會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。此時(shí)，系統(tǒng)停止向反應(yīng)系統(tǒng)中加入反應(yīng)原料和催化劑，終止劑被注入循環(huán)氣冷卻器下游的循環(huán)氣管道中。循環(huán)氣由循環(huán)氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得終止劑分布到整個(gè)床層中，令催化劑失活。循環(huán)氣在反應(yīng)系統(tǒng)中每分鐘循環(huán)一次，可迅速實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的終止。Ⅰ型終止可以自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)。由床層溫度超高引發(fā)的Ⅰ型終止，可在終止過(guò)程中隨時(shí)解除。Ⅰ型終止流程見(jiàn)圖1。

2.2 Ⅲ型終止

當(dāng)循環(huán)氣流量驟降或循環(huán)氣壓縮機(jī)斷電時(shí)，Ⅲ型終止會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。此時(shí)，系統(tǒng)切斷循環(huán)氣壓縮機(jī)電源，開(kāi)啟透平機(jī)進(jìn)出管線閥門(mén)，使用透平驅(qū)動(dòng)循環(huán)氣繼續(xù)流動(dòng)；自動(dòng)停止向反應(yīng)系統(tǒng)中加入反應(yīng)原料和催化劑，終止劑被注入循環(huán)氣管道中。隨著循環(huán)氣不斷由透平機(jī)排放到火炬總管，整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的壓力持續(xù)緩慢下降。Ⅲ型終止可以自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)。Ⅲ型終止一旦啟動(dòng)，將持續(xù)規(guī)定時(shí)間，期間不能停止。Ⅲ型終止流程見(jiàn)圖2。

圖2 Ⅲ型終止流程

2.3 Ⅱ型終止

在Ⅲ型終止期間，如果出現(xiàn)極嚴(yán)重的機(jī)械故障、透平機(jī)超速或排氣溫度過(guò)低等情況，無(wú)法實(shí)現(xiàn)透平機(jī)驅(qū)動(dòng)循環(huán)氣流動(dòng)，則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)Ⅱ型終止。此時(shí)，循環(huán)氣管道閥門(mén)關(guān)閉，循環(huán)氣排放閥門(mén)開(kāi)啟，循環(huán)氣快速排放至火炬總管。由壓差帶動(dòng)終止劑擴(kuò)散到床層中，使反應(yīng)終止。Ⅱ型終止只能自動(dòng)啟動(dòng)，且可在終止過(guò)程中隨時(shí)解除。在Ⅱ型終止時(shí)可嘗試重啟循環(huán)氣壓縮機(jī)。Ⅱ型終止流程見(jiàn)圖3。

圖3 Ⅱ型終止流程

2.4 小型終止

因反應(yīng)溫度過(guò)高、反應(yīng)器床層過(guò)高或其他生產(chǎn)控制的需要，可以啟動(dòng)小型終止。小型終止時(shí)向反應(yīng)系統(tǒng)中注入少量的終止劑，注入時(shí)間由不同的催化劑特性決定。小型終止僅用于減緩反應(yīng)而不會(huì)改變反應(yīng)條件。小型終止可以自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)。

自動(dòng)小型終止的流量控制，由壓力調(diào)節(jié)閥和限流孔板實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)加入反應(yīng)系統(tǒng)的終止劑的數(shù)量，由調(diào)定時(shí)器控制。對(duì)于不同的催化劑系列，小型終止所需的終止劑的要求差別很大。為了滿足需要，必須同時(shí)做到流量(通過(guò)改變壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值)和持續(xù)時(shí)間(通過(guò)修改定時(shí)器設(shè)置)都與產(chǎn)品樹(shù)脂牌號(hào)相匹配。自動(dòng)小型終止流程見(jiàn)圖4。

圖4 自動(dòng)小型終止流程

手動(dòng)小型終止時(shí)，依靠AA、BB和CC三個(gè)閥門(mén)之間管路的容積，控制注入反應(yīng)系統(tǒng)中的終止劑用量。手動(dòng)小型終止流程見(jiàn)圖5。

圖5 手動(dòng)小型終止流程

3 終止系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝

終止系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

3.1 合理確定終止劑的用量

在反應(yīng)終止時(shí)注入終止劑(一氧化碳)的實(shí)際數(shù)量必須遠(yuǎn)大于理論值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，注入量為最低用量的40至80倍。進(jìn)行一次Ⅰ型終止需要1瓶(50 L)終止劑，進(jìn)行一次Ⅱ型終止和Ⅲ型終止則需要不少于2瓶終止劑。

在終止系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，終止劑鋼瓶壓力應(yīng)不低于8.28MPa，在終止系統(tǒng)啟動(dòng)25s內(nèi)，鋼瓶壓力不應(yīng)低于4.14MPa。

裝置現(xiàn)場(chǎng)一般布置8個(gè)鋼瓶，4個(gè)在線連接，另外4個(gè)滿瓶離線備用。

3.2 配備可靠的電源和儀表空氣氣源

終止系統(tǒng)相關(guān)的重要儀表閥門(mén)應(yīng)配備可靠的電源和儀表空氣氣源。通常使用電池備用電源系統(tǒng)。如果主電源斷電，這些系統(tǒng)需要提供至少一個(gè)半小時(shí)的后備電源。終止系統(tǒng)的電源應(yīng)與其他非安全聯(lián)鎖系統(tǒng)隔離。后備儀表空氣通常由儀表氣源線中帶有止回閥的緩沖罐提供。

表1中所示儀表閥門(mén)對(duì)終止系統(tǒng)至關(guān)重要，這些閥門(mén)都應(yīng)該配備備用電源和儀表空氣。后備電源和儀表空氣必須有足夠的容量，保證能支持所有閥門(mén)至少動(dòng)作兩次。電磁閥的設(shè)計(jì)應(yīng)使閥門(mén)在斷電時(shí)進(jìn)入所需的故障位置。

表1 需要備用電源和氣源的儀表

3.3 合理規(guī)劃終止劑鋼瓶和管道布置

終止系統(tǒng)使用一氧化碳作為終止劑。一氧化碳是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)刺激性，但是可燃、高毒的氣體，能使人窒息乃至死亡。在造成火災(zāi)危險(xiǎn)之前，應(yīng)注意其毒性對(duì)人員造成的傷害。一氧化碳的短時(shí)間接觸容許濃度(PC-STEL)僅為30 mg/m3。因此一氧化碳鋼瓶和管道的布置應(yīng)格外注意防范泄漏危險(xiǎn)。

(1)一氧化碳鋼瓶應(yīng)該放在通風(fēng)良好的室外，周?chē)荒苡袊鷫?，可布置在反?yīng)器循環(huán)氣入口附近，借助反應(yīng)框架避免陽(yáng)光直射，避免雨水和雪冰的堆積。

(2)鋼瓶組和閥組所在位置不能擋住重型設(shè)備維護(hù)通道，以免發(fā)生意外造成一氧化碳泄漏。鋼瓶組需要安全可靠的支架，并始終固定成直立狀態(tài)。

(3)移動(dòng)一氧化碳鋼瓶時(shí)，應(yīng)戴好鋼瓶瓶帽；使用鋼瓶專(zhuān)用手推車(chē)搬運(yùn)時(shí)，要用鐵鏈固定好鋼瓶，確保不損壞氣瓶閥門(mén)組件。

(4)備用的鋼瓶要加金屬蓋，并標(biāo)識(shí)“滿瓶”標(biāo)簽。

(5)鋼瓶出口管線上要安裝壓力表，且應(yīng)保證其根部閥為鉛封開(kāi)。在鋼瓶旁應(yīng)能夠看到壓力表讀數(shù)。

(6)鋼瓶出口管線應(yīng)設(shè)置安全閥，以防超壓。

(7)一氧化碳的排放管線應(yīng)接至火炬。

(8)一氧化碳管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇可靠的管道和閥門(mén)材料，盡量少使用接頭，確保其密封可靠。管道應(yīng)進(jìn)行布線和支撐，以盡量減少破損的可能性。管道安裝后應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的壓力試驗(yàn)。

(9)一氧化碳管線應(yīng)盡量短而緊湊。A閥盡量靠近鋼瓶組，減少泄漏的可能。

(10)用于手動(dòng)小型終止的管線上，AA、BB和CC閥之間的容積應(yīng)滿足要求，該管線長(zhǎng)度固定，但允許彎曲或盤(pán)繞，以節(jié)省空間。

(11)A/B/C閥應(yīng)集中布置，可將閥門(mén)及其附件集成安裝在一個(gè)不大于1.5 m×1.5 m的面板上，并在其附近安裝其專(zhuān)用的儀表空氣緩沖罐。

(12)在有潛在危險(xiǎn)發(fā)生的地方應(yīng)使用警告和檢測(cè)設(shè)備。在鋼瓶組和閥組附近，應(yīng)設(shè)置一氧化碳有毒氣體報(bào)警儀，還應(yīng)提供呼吸設(shè)備。

4 終止系統(tǒng)的維護(hù)

應(yīng)做好終止系統(tǒng)的日常維護(hù)保養(yǎng)工作，以保證在需要時(shí)能夠正常啟動(dòng)、運(yùn)行可靠。具體應(yīng)注意以下方面：

(1)應(yīng)定期檢查循環(huán)氣管道上的氣體管嘴和吹掃氣注入口流量。如果發(fā)現(xiàn)堵塞，應(yīng)及時(shí)鉆孔清理。

(2)定期檢查鋼瓶壓力。如果鋼瓶因使用過(guò)度而壓力過(guò)低，應(yīng)及時(shí)更換鋼瓶。

(3)確保終止系統(tǒng)管道進(jìn)行合理的支撐和固定，最大限度地減少泄漏的可能性。終止劑管線在使用過(guò)程中，應(yīng)定期檢查確保系統(tǒng)保持無(wú)泄漏。一旦發(fā)現(xiàn)鋼瓶供氣壓力非正常損失，則需及時(shí)進(jìn)行皂水試驗(yàn)，找到并緊固泄漏點(diǎn)。而且要盡快更換已經(jīng)啟用的鋼瓶。

(4)還應(yīng)經(jīng)常對(duì)終止系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。每次關(guān)閉反應(yīng)器時(shí)，應(yīng)進(jìn)行Ⅰ型終止系統(tǒng)邏輯測(cè)試。在開(kāi)車(chē)過(guò)程中，使用氮?dú)庋h(huán)時(shí)，進(jìn)行Ⅱ型終止系統(tǒng)邏輯測(cè)試。Ⅲ型終止系統(tǒng)邏輯測(cè)試可以在正常生產(chǎn)過(guò)程中每月進(jìn)行一次。

(5)在鋼瓶更換期間處理閥門(mén)、儀表等，仍有泄漏中毒的風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須編寫(xiě)詳細(xì)的操作程序并嚴(yán)格執(zhí)行。要求對(duì)所有的更換鋼瓶工作，除非操作人員結(jié)成“伙伴系統(tǒng)”，否則不應(yīng)隨意進(jìn)入潛在的一氧化碳危險(xiǎn)區(qū)域。

(6)應(yīng)配備一氧化碳安全裝置，如實(shí)時(shí)氧氣監(jiān)測(cè)器、一氧化碳報(bào)警儀、檢測(cè)試劑盒或呼吸器，并定期校準(zhǔn)更新。

5 結(jié)語(yǔ)

終止系統(tǒng)是低壓聚乙烯裝置平穩(wěn)運(yùn)行和減少損失的有力保障，但同時(shí)也是不可忽視的危險(xiǎn)源，故而在設(shè)計(jì)、施工和操作過(guò)程中，務(wù)必嚴(yán)格遵守上述注意事項(xiàng)，以保障人身健康和生產(chǎn)安全，為同類(lèi)聚乙烯裝置終止系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了思路和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]謝家敏，強(qiáng)發(fā)紅，王榮英．全密度聚乙烯裝置反應(yīng)終止系統(tǒng)[J]．石油化工自動(dòng)化，2006(1)：18-21.