朱自新 ， 劉曉亮 ， 賈 煜

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽 471012 )

洛陽石化14萬t/a聚丙烯裝置采用中國石化工程建設(shè)公司(SEI)第二代國產(chǎn)環(huán)管聚丙烯工藝技術(shù)(ST技術(shù))，由一條聚合生產(chǎn)線、一條造粒生產(chǎn)線和兩條包裝線構(gòu)成，采用兩組串聯(lián)的液相環(huán)管反應(yīng)器生產(chǎn)聚丙烯均聚物?？捎糜诟咚貰OPP專用料、聚丙烯管材料、均聚透明聚丙烯專用料、流延聚丙烯薄膜料、高流動性聚丙烯專用料的開發(fā)生產(chǎn)，擠壓造粒機(jī)組由大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司設(shè)計制造，為國產(chǎn)第一臺不帶齒輪泵的造粒機(jī)組。

裝置自2013年1月建成投產(chǎn)以來，不斷遇到影響裝置長周期平穩(wěn)運行“瓶頸”問題：反應(yīng)系統(tǒng)換熱器堵塞、氫氣質(zhì)量波動大、原料丙烯水含量高、造粒機(jī)生產(chǎn)纖維料PPH-Y35頻繁停機(jī)等。如何全方位、系統(tǒng)化、多層次優(yōu)化解決運行中遇到的問題，確保裝置穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、長周期平穩(wěn)運行是亟待解決的問題。

1 優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)運行，提高循環(huán)水水質(zhì)

聚丙烯裝置原設(shè)計循環(huán)水系統(tǒng)與分公司煉油板塊循環(huán)水相連通，與一催化裝置、常減壓裝置、蠟油加氫裝置等共用一套循環(huán)水設(shè)施。由于煉油裝置大量加工高硫原油，換熱器腐蝕內(nèi)漏導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)中夾帶重油，隨循環(huán)水進(jìn)入聚丙烯裝置，附著在換熱器管壁上，導(dǎo)致?lián)Q熱器撤熱能力不足。同時春季環(huán)境中柳絮、楊絮通過涼水塔自然通風(fēng)側(cè)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，通過DN800的循環(huán)水管線進(jìn)入裝置循環(huán)水系統(tǒng)。2013年6月第二反應(yīng)器R202換熱器E209(板式換熱器)循環(huán)水側(cè)，2014年5月R202換熱器循環(huán)水側(cè)入口過濾器F209堵塞，裝置被迫緊急停工。

聚丙烯裝置屬于典型的化工生產(chǎn)裝置，對換熱器的換熱能力要求嚴(yán)格，循環(huán)水系統(tǒng)的平穩(wěn)運行是保證裝置換熱器正常運行，裝置長周期平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)。主要撤除聚合反應(yīng)產(chǎn)生熱量，吸收丙烯氣液化放出熱量及撤除機(jī)組運行產(chǎn)生熱量。為保證循環(huán)水系統(tǒng)相對純凈，2015年1月在界區(qū)循環(huán)水總管上增上兩個籃式過濾器(F001A/B)，主要過濾掉系統(tǒng)中柳絮等固態(tài)雜質(zhì)，正常生產(chǎn)時一用一備，現(xiàn)場巡檢人員加強(qiáng)對過濾器監(jiān)控，當(dāng)過濾器入出口壓差>0.2 MPa或者界區(qū)循環(huán)水量流量大幅降低時，及時進(jìn)行切換、清理，確保備用過濾器處于備用狀態(tài)。切換清理期間發(fā)現(xiàn)過濾器濾芯上粘有大量樹皮、污垢、動物尸體、銹渣、泥沙等雜物。項目實施以來，未出現(xiàn)因循環(huán)水堵塞雜物停工現(xiàn)象，過濾效果明顯。

隨著洛陽分公司煉油裝置擴(kuò)能改造項目實施，各裝置循環(huán)水用量增加，聚丙烯裝置界區(qū)循環(huán)水壓力降低，正常生產(chǎn)時維持在0.3～0.36 MPa，達(dá)不到設(shè)計要求(設(shè)計界區(qū)壓力≥0.4 MPa)。裝置丙烯深度冷卻器E301距離地面位置較高，E301循環(huán)水不能按設(shè)計流量穩(wěn)定供給，導(dǎo)致?lián)Q熱能力嚴(yán)重不足，夏季環(huán)境溫度高時，需要大量排放E301頂部不凝氣，才能保證E301液位穩(wěn)定，保證深冷丙烯溫度不高于丙烯飽和蒸氣壓，防止循環(huán)丙烯泵P302抽空。并且由于E301循環(huán)水流速較低，循環(huán)水不能充滿換熱器管程，循環(huán)水系統(tǒng)微生物在換熱器循環(huán)水側(cè)管壁滋生，循環(huán)水內(nèi)管腐蝕嚴(yán)重。2017年發(fā)生兩次因E301換熱器腐蝕穿孔，丙烯泄漏至循環(huán)水系統(tǒng)泄漏導(dǎo)致裝置緊急停工處理的事件。停工后經(jīng)打壓試驗發(fā)現(xiàn)該換熱器約15%換熱管泄漏，被迫報廢。停工期間對裝置高壓系統(tǒng)循環(huán)水換熱器進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)汽蒸干燥框架最高處換熱器E701同樣有5根管束泄漏，嚴(yán)重影響裝置的安全平穩(wěn)運行。

為徹底解決裝置循環(huán)水系統(tǒng)隱患，保證裝置高負(fù)荷生產(chǎn)，2019年4月洛陽石化停工大檢修時，將裝置建設(shè)初期的4 000 m3涼水塔與煉油系統(tǒng)循環(huán)水徹底隔離開，單獨供應(yīng)聚丙烯裝置。在汽蒸干燥工段循環(huán)水主管線開分支DN250管線，增上管道泵P306A/B，單獨供應(yīng)汽蒸干燥框架上循環(huán)水用戶，循環(huán)水泵壓力0.6 MPa，流量300 m3/h。將E301換熱器進(jìn)行整體更換，增大換熱面積，由480 m2增大到576 m2，更換精餾塔T701頂部換熱器E701內(nèi)芯。

2 優(yōu)化氫氣進(jìn)料系統(tǒng)，提高純化氫氣質(zhì)量

原設(shè)計聚丙烯裝置氫氣由洛陽分公司制氫裝置生產(chǎn)的純氫供應(yīng)至聚丙烯裝置的膜分離提純系統(tǒng)PK704，進(jìn)一步提純后送至氫氣壓縮機(jī)PK705升壓后進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。要求原料氫氣壓力>3.3 MPa，純度≥99.5%，這兩項指標(biāo)直接影響氫氣提純系統(tǒng)氫氣質(zhì)量。實際運行中發(fā)現(xiàn)原料氫氣純度和壓力受煉油各裝置氫氣使用量影響波動較大，純化后氫氣質(zhì)量波動大。并且該系統(tǒng)部分提純尾氫排放至低壓瓦斯系統(tǒng)，特別是生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品，氫氣使用量較大時，有200～300 m3/h尾氫排放至低壓瓦斯系統(tǒng)，不利于裝置經(jīng)濟(jì)運行。

2015年9月金江煉化公司高純度氫氣開始供應(yīng)洛陽分公司，純度達(dá)到99.9%以上。根據(jù)分公司各生產(chǎn)裝置氫氣用戶對氫氣純度、壓力的要求，優(yōu)化氫氣管網(wǎng)使用方法，實現(xiàn)氫氣梯級利用，對聚丙烯裝置用氫流程進(jìn)行改造，由煉化公司和制氫裝置PSA的混合氫改為直接使用金江煉化的高純氫，各種成分分析見表1。

2017年3月投用改造后流程，停用膜提純設(shè)施，不僅降低用氫量，而且不再產(chǎn)生廢氫。近幾年來，聚丙烯裝置新產(chǎn)品開發(fā)碩果累累，系列新產(chǎn)品填補(bǔ)洛陽石化空白，部分產(chǎn)品達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，產(chǎn)品熔融指數(shù)覆蓋2.5 g/(10 min)到220 g/(10 min)均聚產(chǎn)品，裝置氫氣用量相應(yīng)大幅增加。由于停用膜提純設(shè)施，界區(qū)DN40進(jìn)料管線直接引至氫氣壓縮機(jī)PK705入口，氫氣進(jìn)料系統(tǒng)沒有緩沖設(shè)施，壓縮機(jī)PK705A/B入口壓力由操作人員手動調(diào)整入口閘閥開度來控制。并且根據(jù)市場需求，裝置每月需要進(jìn)行十多次產(chǎn)品牌號轉(zhuǎn)換，同時界區(qū)氫氣壓力波動時(2.0～2.6 MPa)轉(zhuǎn)換期間操作人員現(xiàn)場頻繁調(diào)整手閥開度，保證壓縮機(jī)入口壓力穩(wěn)定。

表1 混和氫氣成分分析

2019年在裝置大檢修時，對氫氣進(jìn)料系統(tǒng)再次進(jìn)行優(yōu)化改造，增加氫氣緩沖罐，界區(qū)氫氣首先進(jìn)入氫氣緩沖罐D(zhuǎn)705，穩(wěn)定入口壓力后再進(jìn)入壓縮機(jī)PK705，保證氫氣加入量的穩(wěn)定，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，降低操作人員的勞動強(qiáng)度。

圖1 氫氣系統(tǒng)流程簡圖

3 增上丙烯深度脫水設(shè)施

聚丙烯裝置原料丙烯一部分來自宏力化工廠碳四裂解裝置，大部分來自煉廠尾氣，從兩套催化裂化煉廠氣中分離出來，輸送至氣分裝置脫除雜質(zhì)后到罐區(qū)儲存，由兩臺筒帶式離心泵連續(xù)輸送至聚丙烯裝置。丙烯中水含量平均為200 mL/m3，最高達(dá)到1 000 mL/m3。為達(dá)到精制后水含量<10 mL/m3要求，精制系統(tǒng)干燥塔每兩月再生一次，再生頻繁，每次再生消耗氮氣140 000 m3，消耗電30 000 kW·h，排放丙烯約2 t，再生費用較高，不利于裝置節(jié)能降耗。同時罐區(qū)丙烯進(jìn)料泵輸送距離較遠(yuǎn)，裝置更換模板時裝置負(fù)荷降低至10.0 t/h，遠(yuǎn)低于正常生產(chǎn)時20.5 t/h進(jìn)料量，易引起進(jìn)料泵波動，丙烯穩(wěn)定進(jìn)料受到影響。

針對原料丙烯水含量高，對精制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，在界區(qū)丙烯進(jìn)料線上增上液液分離設(shè)備—NCT丙烯深度脫水器，實現(xiàn)丙烯在線脫水，在正常操作條件下，NCT丙烯深度脫水器出口丙烯含水量可降至50 mL/m3。同時將精制系統(tǒng)分子篩脫水塔T700A/B/C操作采取“兩用一備”，串聯(lián)方式使用，第1臺干燥器為預(yù)干燥器，第2臺為精干燥器，保證丙烯干燥效果，T700A/B/C再生頻率降低至每4個月一次。為保證罐區(qū)丙烯進(jìn)料泵穩(wěn)定運行，消除裝置負(fù)荷大幅升降產(chǎn)生的影響，在界區(qū)進(jìn)料丙烯總線增加回流控制線，回流至裝置退料總線上，丙烯進(jìn)料量降低時，及時投用回流線，根據(jù)進(jìn)料丙烯壓力、流量調(diào)整回流量。

圖2 氫氣系統(tǒng)流程簡圖

4 優(yōu)化造粒機(jī)系統(tǒng)操作，保證長周期運行

聚丙烯裝置造粒機(jī)組由大連橡膠塑料股份有限公司設(shè)計制造，為國產(chǎn)第一臺不帶齒輪泵的造粒機(jī)組，設(shè)計最大負(fù)荷23.0 t/h。

造粒機(jī)型號，SJSHL-300×25；主電機(jī)功率，6 000 kW；螺桿直徑，Φ300 mm；螺桿中心距，261 mm；螺桿轉(zhuǎn)速，(210/160)r/min，雙檔轉(zhuǎn)速；螺桿長徑比，25.2；切刀數(shù)量，24把。

聚丙烯裝置未設(shè)計共聚部分，只能生產(chǎn)均聚聚丙烯產(chǎn)品，產(chǎn)品牌號單一。2014年8月吉潤公司聚丙烯裝置長期停產(chǎn)后，為滿足華中市場對纖維級無紡布的大量需求，保證洛陽石化纖維料穩(wěn)定供給，分公司聚丙烯裝置開始進(jìn)行PPH-Y35試生產(chǎn)。首次成功生產(chǎn)50 t，期間造粒機(jī)運行平穩(wěn)，顆粒外觀良好。自此開始持續(xù)進(jìn)行可降解纖維料的大批量生產(chǎn)攻關(guān)，由于纖維料PPH-Y35熔融指數(shù)高，流動性好，切粒困難，在國內(nèi)大型不帶齒輪泵的造粒機(jī)上連續(xù)生產(chǎn)的裝置較少，攻關(guān)期間多次出現(xiàn)切粒機(jī)墊刀、纏刀、切刀斷裂，顆粒輸送管線“灌腸”，顆粒干燥器堵塞，切粒形狀差，拖尾粒多，細(xì)粉含量多，導(dǎo)致成品料倉輸送困難，淘洗系統(tǒng)頻繁堵塞，粒料冷卻水過濾器堵塞頻繁的問題，對造粒機(jī)系統(tǒng)實施了多項技術(shù)改造和優(yōu)化措施。

降解劑在聚丙烯中有較好的分散性，是相對分子質(zhì)量分布窄的必要條件，原設(shè)計降解劑加入口位置在第一段筒體加料斗上，由于液體降解劑揮發(fā)性強(qiáng)，且添加劑加入系統(tǒng)帶有尾氣抽吸系統(tǒng)，降解劑加入后底部松動氮氣將部分降解劑吹出，使降解劑加入后在造粒機(jī)內(nèi)混合不均勻，造成部分樹脂過渡降解，部分樹脂降解不充分，熔融指數(shù)波動大，模板出料不均勻，墊刀停機(jī)。經(jīng)過多次加入位置反復(fù)試驗，最終將降解劑加入到造粒機(jī)螺旋加料器上，粉料與降解劑在進(jìn)入造粒機(jī)前充分混合，在造粒機(jī)內(nèi)均勻降解。將模板隔熱墊由石棉墊更換為聚四氟乙烯墊，解決石棉墊長期在高溫條件下工作，容易老化、破碎，影響密封效果的缺陷，同時根據(jù)切粒形狀調(diào)整造粒機(jī)筒體溫度、模板、換網(wǎng)器熱油溫度，粒料冷卻水流量及溫度，切刀自動進(jìn)刀時間、切刀工作壓力等參數(shù)。

表2 造粒組運行參數(shù)

裝置開工初期一直使用國內(nèi)某廠家的模板、切刀，國產(chǎn)切刀母材韌性較弱，剛性較強(qiáng)，切粒過程中易發(fā)生纏刀及拖尾料將切粒刀墊起，切粒刀受過載負(fù)荷，在危險截面處斷裂，造成斷刀堵塞輸送管線。根據(jù)模板特性找到合適的、匹配的切刀是保證長后期運行，造粒機(jī)異常停機(jī)時縮短處理時間的關(guān)鍵，經(jīng)過對比，最終選定刀體為不銹鋼，刀刃為碳化鈦的雙組分復(fù)合切刀，該切刀使用壽命長，耐磨，抗腐蝕性好，硬度與模板匹配較好，柔韌性好，使用至今未出現(xiàn)切刀斷裂現(xiàn)象。

隨著模板材質(zhì)的更新?lián)Q代，找到與新材質(zhì)造粒帶相匹配的模板，解決裝置僅有一塊穩(wěn)定生產(chǎn)PPH-Y35模板的困境。聚丙烯裝置成立攻關(guān)小組，與模板供應(yīng)商合作，開展對生產(chǎn)PPH-Y35牌號所用造粒模板和切粒刀的分析研究，根據(jù)PPH-Y35熔融塑料的特性，重新設(shè)計造粒模板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得熔融塑料在流出模板造粒帶出料孔時保持穩(wěn)定的熔融指數(shù)。

根據(jù)PPH-Y35在造粒機(jī)組內(nèi)部的熔融指數(shù)變化過程和范圍，增強(qiáng)熔融塑料在通過模板時的密度均勻性和整形區(qū)間，穩(wěn)定出料速度和固化速度的要求，在不改變造粒模板外形和出料孔直徑，以及與機(jī)頭和水室相連的各種參數(shù)的情況下，重新設(shè)計造粒模板的進(jìn)料腔、縮徑孔、出料孔直徑、出料孔長徑比、模板孔數(shù)、模板材質(zhì)等重要參數(shù)，設(shè)計制造出適應(yīng)長周期生產(chǎn)降解法PPH-Y35牌號材料的專用模板，造粒機(jī)組穩(wěn)定運行5個月，創(chuàng)最好記錄。

表3 PPH-Y35產(chǎn)品質(zhì)量

5 結(jié)論

通過新思路、新方法對環(huán)管工藝聚丙烯裝置優(yōu)化運行參數(shù)的同時對其進(jìn)行有效技術(shù)改造，對比、分析優(yōu)化前后運行效果，裝置運行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)效能力大幅提高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性逐步提高，裝置生產(chǎn)負(fù)荷由設(shè)計的17.5 t/h提高到19.0 t/h。通過對造粒機(jī)組近幾年操作數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，同時查閱大量同行業(yè)造粒機(jī)組的相關(guān)資料，根據(jù)造粒機(jī)組實際運行情況，優(yōu)化總結(jié)出了一套行之有效的造粒機(jī)組長周期運行控制方法。造粒機(jī)創(chuàng)連續(xù)運行85天最好紀(jì)錄，成功生產(chǎn)出超高流動性藍(lán)相高結(jié)晶聚丙烯樹脂PPH-MN90B，該產(chǎn)品具有低VOCs、低氣味、低收縮率特點。實現(xiàn)具有高熔指、高剛性、低氣味等特點的超高熔融指數(shù)聚丙烯專用樹脂PPH-MN150、PPH-MN220新產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)。