杜忠源，王年根

（1.中海石油中捷石化有限公司，滄州 061100；2.天津市集散自動化儀表有限公司，天津 300384）

間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝是由中國在上世紀(jì)七十年代自主開發(fā)的一項聚丙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)[1]。隨著加氫、聚合、閃蒸、置換、閃蒸氣在線分析、粉料輸送與產(chǎn)品包裝等單元自動控制技術(shù)水平的持續(xù)進(jìn)步，間歇法與連續(xù)法聚丙烯工藝在生產(chǎn)工藝與自控方面的差距越來越小。雖然相關(guān)企業(yè)的自動加劑技術(shù)已有多年儲備，但囿于種種原因，行業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)在三劑（催化劑、活化劑與第三組分）的加入方式上依然維持手動操作。

這種手動操作方式存在很多弊端：①加劑量不準(zhǔn)，影響反應(yīng)穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量；②人工操作繁瑣，勞動強度大；③人工加劑過程中會有可燃?xì)馀欧?，甚至有活化劑串入放空系統(tǒng)造成冒煙、冒火現(xiàn)象的發(fā)生；④加劑操作都是由外操在裝置現(xiàn)場完成，這種情況對操作工的人身安全構(gòu)成極大威脅。

自動加劑技術(shù)在向各企業(yè)推廣過程中存在的阻力主要有以下幾點：①企業(yè)技術(shù)改造與投資意愿不足；②三劑中尤其是活化劑（三乙基鋁）是?；罚ｋU系數(shù)很高，不能因為改造令裝置的危險性更大；③自動加劑實現(xiàn)過程中需要解決的技術(shù)難點很多，很多企業(yè)都知難而退。

而自動加劑技術(shù)推廣的動力則來自國家對化工企業(yè)越來越嚴(yán)格的安全與環(huán)保要求：①裝置安全尤其是人身安全是硬指標(biāo)；②VOCs 排放是硬指標(biāo)。另外，加大聚丙烯產(chǎn)品專用料生產(chǎn)比例（前提是生產(chǎn)必須精準(zhǔn)、穩(wěn)定）和各企業(yè)人員流失嚴(yán)重也是迫使企業(yè)接受自控升級的重要因素。

1 自動加劑系統(tǒng)工藝設(shè)計與設(shè)備選型原則

1.1 安全第一

企業(yè)可以根據(jù)自身需要選用兩劑自控法（活化劑+第三組分），或者三劑自控法（活化劑+第三組分+催化劑）。兩劑自控法的活化劑+第三組分為完全自動加入，而催化劑為半自動加入，外操需要到現(xiàn)場往加料斗中加入規(guī)定量的催化劑，但在現(xiàn)場的停留時間大大縮短；而三劑自控法則完全解放外操，外操不必參與現(xiàn)場操作，只參加巡檢?？偟膩碚f，工傷風(fēng)險大幅度降低。

此外配套的清洗油沖洗系統(tǒng)和氮氣吹掃置換系統(tǒng)保證（活化劑系統(tǒng)）事故處理過程和大修開停車期間不再出現(xiàn)冒煙起火等情況。

1.2 降低勞動強度

在裝置滿負(fù)荷操作狀態(tài)下，每臺聚合釜每天可投6 輪料，若采用人工加劑模式，每次需要開或關(guān)現(xiàn)場閥門多達(dá)20 臺·次，有些廠家還需要2 人配合完成操作。一般間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)裝置每個外操需要負(fù)責(zé)6～12 臺聚合釜不等，所以勞動強度之大可想而知，而且還不能出錯。

1.3 提高加劑精度

受催化劑分裝水平、外操熟練程度等客觀因素影響，三劑手動加入的精度極差，例如活化劑和催化劑一般每批次分別會有20～50 ml 和1～3 g 的誤差，而且催化劑的手動加入還存在催化劑短時間接觸空氣而出現(xiàn)催化劑部分失活的情況，這會導(dǎo)致每批料之間的反應(yīng)波動大，生產(chǎn)控制難度大；而采用自動加劑系統(tǒng)后，加劑精度可達(dá)1%，具備生產(chǎn)各類專用料的基礎(chǔ)條件。

1.4 采用撬裝設(shè)計

為滿足老裝置現(xiàn)場改造快改快投的需要，工藝設(shè)計上盡量減少對既有工藝管路做大的拆改，故自動加劑系統(tǒng)主推采用撬裝集成設(shè)計，核心設(shè)備及儀表均布置在撬裝內(nèi)；撬裝整體布局緊湊，占地少，便于維護(hù)，可在撬裝組裝廠完成組裝和出廠調(diào)試并可在現(xiàn)場管路改造完成后再進(jìn)場對接。

2 自動加劑系統(tǒng)DCS 設(shè)計原則

（1）選擇精通間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝并可提供該工藝專用DCS 系統(tǒng)的設(shè)計團隊。這樣的團隊可以確保設(shè)計出與原控制系統(tǒng)無縫銜接且完善、可靠的自動加劑系統(tǒng)。

（2）自動加劑系統(tǒng)的控制板卡繼續(xù)沿用間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝專用DCS 系統(tǒng)的冗余設(shè)計，保證DCS 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）選用變頻電機和適用的計量泵。在保證加劑精度的前提下，加劑量取決于加劑時間。需編制專用計算公式。正常生產(chǎn)狀態(tài)下鎖定沖程和輸出頻率；生產(chǎn)特種料時可調(diào)整至適當(dāng)?shù)臎_程和輸出頻率（需特殊標(biāo)定）。

（4）各廠在手動操作模式下，三劑加入順序和加入節(jié)點未必相同。在實現(xiàn)自動加劑后，系統(tǒng)可以滿足三劑加入節(jié)點和加劑順序可自由選擇和調(diào)整的需要，例如某個廠家希望在0.5 t 丙烯投料量時開始加入活化劑，而其他廠家可能選擇其他節(jié)點。

（5）選擇計量管作為加劑系統(tǒng)的輔助測量手段和驗證工具，實現(xiàn)自動補劑和準(zhǔn)確計量。

（6）具有豐富的工藝聯(lián)鎖保護(hù)功能，例如三劑加入欠量保護(hù)、計量泵與自控閥故障停車保護(hù)、系統(tǒng)泄漏故障保護(hù)、管路堵塞預(yù)警保護(hù)等[2]。

3 自動加劑系統(tǒng)工藝簡介

自動加劑系統(tǒng)工藝嵌入整體的聚合生產(chǎn)工藝之中，流程如圖1 所示。

（1）活化劑（三乙基鋁）是丙烯聚合反應(yīng)的助催化劑。用氮氣將活化劑從運輸罐（活化劑運輸罐為活化劑源頭）中壓至中間罐。活化劑的計量、混合加入聚合釜的過程通過設(shè)在活化劑自動加注單元內(nèi)的活化劑計量泵（精確計量）和混合管（與投料丙烯混合）完成。

（2）第三組分（硅烷）也是丙烯聚合反應(yīng)的助催化劑。利用齒輪油泵將第三組分從運輸桶中打入中間罐。第三組分的計量、混合和加入聚合釜的過程通過設(shè)在第三組分自動加注單元內(nèi)的第三組分計量泵（精確計量）和混合管（與投料丙烯混合）完成。

（3）使用催化劑干粉與白油配制而成的液體催化劑。液體催化劑采用專用鐵桶存儲，在倒入催化劑中間罐前須在搖桶機上充分搖勻。催化劑中間罐帶攪拌（攪拌轉(zhuǎn)速可調(diào)）和可控溫夾套。催化劑的計量和加入聚合釜在催化劑自動加注單元內(nèi)完成。

4 自動加劑系統(tǒng)的創(chuàng)新性

連續(xù)法聚丙烯生產(chǎn)工藝是目前主流的聚丙烯生產(chǎn)工藝，它早已實現(xiàn)了全過程的自動化生產(chǎn)，當(dāng)然也包括自動加劑單元，而間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝的特點是按批生產(chǎn)[3]。不過手動加劑并不是間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝的天然特征，而是應(yīng)該下大力氣消除這一工藝瓶頸，并且間歇本體法聚丙烯自動加劑系統(tǒng)也不應(yīng)該是簡單的模仿甚至照搬。事實上，連續(xù)法聚丙烯的自動加劑系統(tǒng)更像是一套迷你版的聚合系統(tǒng)，換句話說，是一套預(yù)聚系統(tǒng)，它在設(shè)計時需要考慮的因素非常多，更多地是在力求解決分散聚合活性中心和減少三劑-聚合物漿料管道堵塞的問題，所以它的三劑配制與投料流程較為冗長、復(fù)雜。

間歇法聚丙烯自動加劑系統(tǒng)的設(shè)計要點為實現(xiàn)三劑“自動加入”，間歇式、小批量的三劑加入控制過程是這套系統(tǒng)的精髓。在三劑的整個加入過程中，原則上不會出現(xiàn)3 種物料同時存在于加劑管道中的情況，從而杜絕了在輸送過程中發(fā)生聚合反應(yīng)的可能性，所以正常情況下連續(xù)法自動加劑系統(tǒng)經(jīng)常堵塞管道的情況在這套系統(tǒng)中會降至很低。

為了保證系統(tǒng)運行的可靠性，間歇法聚丙烯自動加劑系統(tǒng)借鑒并采用了連續(xù)法自動加劑系統(tǒng)成熟的、行業(yè)選用比例最高的核心加劑設(shè)備—計量泵，但根據(jù)間歇法聚丙烯工藝投料階段（間歇投料）的特點設(shè)計了不同于連續(xù)法工藝的豐富的系統(tǒng)監(jiān)控手段。所以，間歇法聚丙烯自動加劑系統(tǒng)具有和連續(xù)法聚丙烯工藝自動加劑系統(tǒng)同樣的穩(wěn)定性、可靠性，并有自己的獨特性和創(chuàng)新性。

5 自動加劑系統(tǒng)投用過程的注意事項

（1）根據(jù)技術(shù)方提供的《間歇本體法聚丙烯裝置自動加劑系統(tǒng)單元開工指南》和《間歇本體法聚丙烯裝置聚丙烯裝置改造后操作指南》[4]以及裝置的具體情況編制的《自動加劑系統(tǒng)試生產(chǎn)方案》[5]組織技術(shù)人員和操作人員的系統(tǒng)培訓(xùn)和考核。

（2）開車前必須做好系統(tǒng)管路吹掃、油運和系統(tǒng)排氣，任何顆粒物都有可能堵塞計量泵的單向閥腔或?qū)蜗蜷y球墊起，使其失去計量打料功能。

（3）開車前需要按照設(shè)備使用說明書的要求檢查設(shè)備各部件安裝是否就位、潤滑油、傳動油、液壓油是否已加注到位。

（4）認(rèn)真做好計量泵的標(biāo)定實驗。

（5）加劑節(jié)點的確定與工藝要求有關(guān)，但不要忽視加劑撬裝與最遠(yuǎn)端聚合釜的距離以及丙烯投料線的管徑，以免出現(xiàn)未在規(guī)定時段內(nèi)將三劑完全沖入聚合釜內(nèi)的情況。

（6）自動加劑系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)校與白油模擬運行至關(guān)重要，它一方面令操作人員提前熟悉新系統(tǒng)的使用特點，另一方面也有利于查找DCS 設(shè)計缺陷，避免正式投料時出現(xiàn)問題。

（7）嚴(yán)格執(zhí)行《間歇本體法聚丙烯裝置聚丙烯裝置改造后操作指南》中對于新增設(shè)備巡檢的要求，尤其是活化劑系統(tǒng)管路的各密封點是重點檢查對象，以確保新系統(tǒng)安全運行。

6 結(jié)語

間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝實現(xiàn)自動加劑是這套工藝走向完全自動化的關(guān)鍵節(jié)點，它具有提高安全水平和加劑精度以及降低操作人員勞動強度的多重作用。間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)工藝自動加劑系統(tǒng)在設(shè)備上實現(xiàn)了撬裝化，在控制上可以完全嵌入裝置既有的DCS。目前這套系統(tǒng)已在行業(yè)內(nèi)多家企業(yè)投入正式使用，使用狀態(tài)良好。后續(xù)工作是借助這套自動加劑系統(tǒng)的獨特優(yōu)勢開發(fā)聚丙烯新品，豐富間歇本體法聚丙烯生產(chǎn)的產(chǎn)品線，增強生存能力。