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PET双尾气真空系统堵塞分析及措施

2024-11-13 118 上传者：管理员

摘要：本文介绍了聚酯伊文达工艺的真空系统的组成和特征，并汇总讨论了操作的真空系统的各种异常现象。同时，分析了聚酯生产中真空系统真空状况的影响因素，结合了每日运行的实际经验。在此基础上，提出了真空状况和常见故障的处理方法。

关键词：
刮板冷凝器
堵塞
气相管线
真空负压系统
聚酯生产工艺
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在聚酯生产工艺过程中，聚酯的缩聚反应需要在真空的条件下进行，尤其是终缩聚反应需要更大的真空度，所以真空系统在整个聚酯装置中占有很大比例，起着非常重要的作用，同时真空系统的堵塞也是造成生产装置停车的重要原因。抽出副反应所经过的管线叫做气相管线，为此保证气相管线通畅是至关重要。

1、真空系统结构及工作原理

真空负压系统的主要组成设备包括真空管路、液环真空泵、三级喷射泵、EG液封槽、刮板冷凝器，EG循环泵。聚酯真空系统示意图如图1所示。

根据聚酯缩聚反应的原理，酯化物在进入终聚釜内通过搅拌器将酯化物挂膜在上面，从而更好地让产品里面的小分子、EG等副反应产品通过高温蒸发出来，而这些物质通过气相管线进入刮板冷凝器中，刮板将可凝聚的小分子聚合物从管壁上刮落下来，再用EG将其冲落到EG储槽内。同时刮板冷凝器上使用冷EG进行喷淋，将热的EG蒸汽冷却重新回流至EG储槽内循环使用。EG蒸汽和水蒸气通过喷淋后体积迅速减小，形成负压，进而将终聚反应釜内的副产物抽出。但仅仅使用刮板冷器产生的抽吸能力远远不足。

为了增加系统的负压能力，将刮板顶部连接三级喷射泵，喷射泵使用的喷淋EG,通过EG循环泵运送到喷射泵顶部经过喷嘴形式伞帽，增加接触面积进一步使得系统内的热气温度降低体积急剧缩小，增强了负压能力，同理再通过二级和三级喷射泵使得抽吸能力足够大满足生产需要。而系统内还有很多醛类、醚类及水汽属于尾气，通过液环真空泵排除到汽提塔最后引入炉子燃烧。

真空能力通过PLC控制系统调节阀位和EG喷淋量及温度高低来调节，目的是用于分离系统中的杂物提高产品的纯度，同时促进有机化学反应的正向进行，减少逆反应。

图1 聚酯真空系统示意图

2、气相管线堵塞的原因及堵塞位置的判断

雾沫夹带指塔板上的液体以雾滴形态被气流夹带到上一塔板，包括液滴被气流带出设备(如蒸发器)等。聚酯缩聚反应时在真空系统中产生的蒸汽气体主要由主反应产生的乙二醇组成，并且夹带低聚物和其他副反应产物。聚酯的反应机制决定了乙二醇、水和乙醛的含量。在不同的反应条件下，乙二醇、水和乙醛的量不同。夹带量的大小主要与蒸气速度、蒸气密度、物料的物理性质(黏度、密度等)及板间距有关。

根据聚酯生产的特点产生雾沫夹带不可避免，但在伊文达设计的生产工艺造成气相管线堵塞引起真空异常导致产品异常甚至停机检修，主要原因如下：

(1)气相管线存在设计缺陷，伊文达工艺设计的终聚反应釜体积大，依据原先设计理念终聚反应釜中部和出料端双气相管线，合并在一起然后接入带往复式刮刀的冷凝器，如图2所示，抽走产品内的EG等副产物。但双气相管线原先管径为800～900 mm, 合并以后的管径加粗到1 220 mm, 合并以后的大气相管近乎水平，整个坡度不足，而且双气相管合并以后形成气流拥堵，蒸汽流速变慢，夹带的小分子低聚物就会逐渐沉淀，日积月累会导致气相管线内径变窄继而减少副反应物的抽走速度，降低产品质量增加能耗。

图2 带往复式刮刀的冷凝器

(2)生产工艺条件不合理，如气相管线伴热温度过低，夹带出来的小分子聚酯产物遇到管道内壁温度较时就会不断黏着在上面导致管径变小；真空抽吸能力过强则是抽出来的产物太多，来不及被气流带走也不断沉积在管道内壁上。在正常生产过程中不会频繁地调整参数，调整的范围也不大，效果在短时间内并不明显。工艺参数设置并不是一成不变的，也不是万能的，在真空系统完全不行时，必须停止和维修。但是这种处理是有风险的，停机所增加的成本也是巨大的。

伊文达工艺的立式冷凝器相比于中纺院工艺的刮板冷凝器如图3所示，不同点在于后者设有卧式连续运转的刮板，可将凝结在器壁上的聚合物连续不断地刮下并搅碎，因此降液管堵塞发生的概率极低。而伊文达立式冷凝器并不是连续运行而是间断性运行，冷凝器内的温度由于存在EG喷淋使得温度降低，气相入口处管壁上更容易结垢。而带往复式的刮刀是由气缸作为推进动力，不能将大块聚合物彻底粉碎破坏，甚至有时会因为气相入口处积累的低聚物太硬导致刮刀变形或卡死。较大块的残渣刮落后会卡在底部管口处，易造成大气腿管道堵塞。气相管线堵塞后的现象一般有以下几种：热井内的残渣打捞数量较之前明显减少且颜色变深；立式冷凝器底部视镜被淹没；液环真空泵进口旁通阀位减小；系统内的真空开度下降搅拌电流下降。

图3 卧式刮板冷凝器

3、真空异常及气相管线疏通处理措施

聚酯生产过程中真空异常情况时有发生，但是原因各有不同，大致有以下情况：

(1)终聚热井内残渣较多并且清理不及时导致大气腿堵塞，EG喷淋循环无法建立真空异常。这就要求平时在周期作业中注意观察过滤网内杂物的量，并且每周使用2 kg压力的氮气进行大气腿底部反吹，使得瞬间破真空，这样部分被抽在管道半空中的低聚物在重力的作用下顺着大气腿掉落到热井内，此时需加强清洗EG循环泵前过滤器和热井内打捞的频次。

(2)循环EG管道部分堵塞，由于真空抽出的气体内含有大量低聚物、PTA等固体物质，在与EG混合后逐渐在管道内壁结垢，导致喷淋量减少，从而影响真空。为此很多厂家都会利用提高EG温度能够提高PTA的溶解能力的特性，增加热EG管线清洗，达到管道疏通的目的。

(3)气相管线堵塞，常用的方法是使用EG蒸汽冲洗，降解结垢物，但是在一些老装置内仍然无法达到预期效果，不得不停机检修。下文陈述本次改造后可以在线清洗的方法。

4、改造后在线清洗

众多聚酯装置在处理管道堵塞问题时往往是在聚酯装置停车检修的时候，无法在线处理，成为影响聚酯生产的重大难题。在线处理可以在不影响生产的前提下改善真空状况，保障装置的稳定运行。根据前期生产经验，本装置在停机检修期间完成了真空系统在线热乙二醇管道改造，如图4所示。

图4 改造后的真空刮板系统

改造如下：在工艺塔底循环泵出口添加一路到终缩的立式冷凝尾气出口管线处分成三路分别从尾气管线的上方，左右两侧接入。左右两路的热EG在进入尾气管线时瞬间气化，体积突然增大，膨胀能大面积覆盖气相管线内部表面，又能够在管壁内形成EG膜，使得低聚物不易结垢，同时热乙二醇又具有热解和冲击废渣结垢物的作用。上路的热EG主要起到冲洗的作用，左右两路起到结垢松动作用。三路EG接入的角度并不垂直于气相管线，主要看气相管线容易结垢的位置从而调整接入的角度。

在尾气管线需要用到工艺塔的热乙二醇时，只需要增加调节阀的开度增加流量即可(注意：因管道并不是连续使用，故在使用之前先将管道内残留的冷EG接入喷淋系统，待管道内的EG温度升高再行接入以免造成真空波动)。热乙二醇在经过多次冲洗后，真空状况有所改善，真空余量充足。可以根据真空状况，控制流量、冲洗时间、频次等，保障真空系统的稳定运行。

5、结语

在聚酯的生产和运营过程中，真空装置通常不够稳定，成为稳定聚酯生产的“瓶颈”[4]。但是，国内企业通常只是增加了真空系统的吸力能力，甚至增加了一组备用的真空系统方法来解决问题，从而增加了设备投资成本并增加了生产成本，也不一定解决真正的问题。本文低聚物、PTA和EG之间的溶解能力随着温度的升高而增强。在伊文达老装置的终聚气相管上，从不同的角度增加三路EG,使得原先棘手的问题得以解决或延长检修时间，节约了生产成本。

参考文献:

[1]崔克清.安全工程大辞典[M].北京:化学工业出版社,1995.

[2]余建林,陈金义,刘洪星.聚酯装置真空喷淋循环系统的优化改造[J].聚酯工业,2007,20(6):34-38.

文章来源:俞张炯,胡杏芬,康国峰,等.PET双尾气真空系统堵塞分析及措施[J].聚酯工业,2024,37(06):47-49.