浅谈气相聚丙烯反应器温度控制方法

浅谈气相聚丙烯反应器温度控制方法

郭牡丹

（独山子石化公司聚烯烃一部，新疆 克拉玛依）

摘要：丙烯聚合反应为放热反应，反应热通过加入急冷液即液态丙烯，利用其汽化潜热来撤热为控制温度手段^[1]。一般每个反应器一共分为四至五个控制区域，每个区域设计3根急冷液注入管，分别设计有温度控制器，急冷液流量控制器。 一定高度的粉料床层在搅拌器的搅拌作用下，分散均匀，催化剂在其中充分分散后使丙烯发生聚合反应，反应温度由设计在床层底部的热电阻测定。通过加入急冷液量的多少来控制反应温度在设定点。本文介绍反应器温度控制原理并总结常见的几种控制方法。

关键词：反应器 控制 温度

1.装置及反应器简介

1.1装置介绍

目前独山子采用INEOS气相法聚丙烯工艺，于2009年8月建成投产。该装置有两条生产线（34线和35线），其中34线设计能力为30万吨/年，由两个反应器组成，可以生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物。35线设计能力为25万吨/年，这条线只包含一个反应器，可以生产均聚物和无规共聚物，不能生产抗冲共聚产品。装置的年操作时间为8000小时。

1.2反应器结构简介

主反应器为卧式筒状反应器，碳钢材质，尺寸为2743mm（内径）*13700mm（切线-切线长度），设计压力2.77MPa,设计温度175℃。

反应器搅拌器和浆叶都用碳钢制造，浆叶使用300mm宽的平叶片，每个叶片上都有支撑片提供强度，剖面呈T型，每个浆叶上安装4对叶片形成一套，电机功率450KW，转速15r/min (左图为抽出的搅拌轴)。反应器热电阻为套筒式法兰连接，热电阻插入其中必须保证其良好的导热性和密封性。 反应器内热电阻探头安装于反应器底部，底座呈流线型，头部为圆柱头，保证其良好的光滑特性，防止挂料，保证热电阻的有效接触性及保证良好的传热(右图为拔出的热电阻探头)。其位置与急冷液喷嘴位置相对，保证两者间距最大化。桨叶顶端加工有缺口，防止刮到探头^[1] 。

2.反应器温度控制原理简介

聚 丙烯聚合反应为放热反应，反应热通过加入急冷液即液态丙烯，利用其汽化潜热来撤热为控制温度手段。一定高度的粉料床层在搅拌器的搅拌作用下，分散分布，催化剂在其中充分分散后使丙烯发生聚合反应，反应温度由设计在床层底部的热电阻测定。通过加入急冷液量的多少来控制反应温度在设定点。

急冷夜控制阀流量特性： 针对FV的流量特性，其有效控制安全范围 在10%-80%之间，在自动控制中，阀位输出要求控制在此范围内，如有超调现象，需要人为干预。（图1）

2.1手动控制

反应器温度控制器的MV需要手动输入的信号来控制它的输出开度^[2]，是操作员根据需要直接认为控制输出开度，操作人员目测温度，对比计算后，给出阀门开度大。为最原始和最基本的控制方法，达不到高精度和节能控制的要求，温度异常时使用较多。

2.2自动控制

操
作员输入温度设定设置SV后，TIC控制器通过根据测量与设定值的偏差大小，执行PID运算后输出MV值。自动控制为闭路系统，跟踪反馈较快，控制稳定，是常用的控制方法，异常工况时不采用。（控制原理简图见图2）

图2 自动控制原理简图

2.3串级控制自动控制

应
器温度串级控制时设定反应器温度控制器TIC的SV值，TIC控制器通过PID运算输出MV值给FIC作为设定SV，FIC再通过PID运算输出MV，对调节阀FV进行控制。是一种反应速度缓，有利于稳定的一种控制。（控制原理图见图3）

图3 串级控制原理简图

2.4双阀控制

将一区第2根的流量串级于第3根的温度控制，这样第2根的温度将随第3根温度波动，第二根FIC的MV值由第三根温度的MV给出。第三根的温度MV控制两个FIC的SV设定值。（控制原理图见图4）

图4 双阀控制原理简图

3.实际应用与调节注意事项

3.1实际应用

3.1.1.MAN模式：适用于流量阀门开度小于10%的开车初期。也可以有目的性的自用，但时间不超过3min；

3.1.2.单回路AUTO模式：适用于开车过程中提负荷阶段、低负荷运行阶段、阀位输出大于10%或异常控制下的恢复；

3.1.3.自动CAS模式：适用于正常平稳期间高负荷下的温度控制，切出打MAN时间不易超过1min；

3.1.4.自动CAS双阀模式：适用于某一支温度探头故障或损坏时，而相邻根温度显示准确的情况下。

正常控制中，理想状态都是手动、自动、串级结合在一起控制，需要时来回切换。以第一根温度为例，出现某一支温度急速上升，超出设定10℃内，可以采用下调控制器设定点的策略，加速控制器快速调整。也可以手动增大相应急冷液阀门输出后，再下调控制器设定点的策略，加速控制器快速调整，稳定后切换串级。如下图所示。

3.2 调节注意事项

3.2.1.正常工况，尽量避免手动模式控制温度；

3.2.2.避免某区3根急冷液同时巨幅波动，防止对泵产生影响，每根流量避免10t/h以上的波动；

3.3.3.输出大于10%的手动模式时间控制在1min内，手动调节后及时回复；

3.3.4.避免反复切手动控制，导致控制器无法连续调整。适用于某一支温度探头故障或损坏时。

4.总结

本文先通过对反应器结构，搅拌轴构造以及温度探头了解，再深入讲解反应器温度控制的原理及几种控制方式以及每种控制方式适用的工况，最终通过几种控制方式结合使用达到平稳控制气相聚丙烯中反应器温度控制的目的。

参考文献

1. 
   

2. 55万吨聚丙烯装置INEOS工艺技术手册.2008年5月

3. 化工仪表及自动化。化学工程与工艺专业第四版 历玉鸣 主编 2006年4月

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