最近,我公司新上的設計生產能力為440t/d的直接酯化、連續縮聚的聚酯生產線,是應用國內開發的、擁有自主知識產權的國產化聚酯生產技術。該項目由中國紡織化纖工程總公司進行工程總承包,于2002年12月20日建成投產,一次開車成功。該裝置為5釜流程國產化率達到90%以上,大大節約了工程總投資。實際運行表明,該生產線原輔料單耗、產品各項分析指標、各公用工程單耗、裝置生產能力等均達到了設計要求。
由于市場原因,本裝置于2003年4月10日~5月9日停車檢修1個月。5月9日我廠在開車過程中,第一酯化釜壓力調節閥PV12013突發故障,無法控制該酯化釜的酯化壓力,工藝上采取緊急措施,在尾氣排放管線上加裝一調節閥,通過調節不凝性尾氣的排放量來控制酯化系統的壓力,開車得以繼續進行。由于第一酯化、第二酯化與工藝塔是連通的,整個酯化系統都在正壓下運行,工藝參數作相應調整。從中控分析和產品分析結果來看,酯化率和切片指標未受影響。
一、酯化段工藝流程
酯化段工藝流程如圖1所示。酯化段設有2臺酯化反應器,均為立式夾套攪拌釜內設加熱盤管。第一酯化釜12-R01采用加壓酯化的方式,所需的反應壓力是由壓力調節閥PV-12013來控制的。第二酯化釜13-R01則采用常壓酯化方式。2臺酯化釜共用一臺工藝塔13-C01,經13-C0l精餾后的EG,由工藝塔釜底離心泵13-P02送出,按一定的比例返回2臺酯化釜,繼續參加反應,多余的EG則送到回用EG收集槽17-T03,用于調配漿料。工藝塔13-C01也是采用常壓操作。正常生產中,工藝塔平衡運行才能有效將酯化反應產生的副產物水分離出反應體系,以利于酯化反應向正反應方向進行。工藝塔的平衡主要是通過控制其釜底溫度TC-13066(調節塔釜的熱媒流量)及其中間幾塊塔板的平均溫度TC-13060(調節塔頂水的回流量)來實現的。
二、事故發生經過
2003年5月9日檢修完成后,本裝置進行開車作業。開車步驟中,首先進行12-R01及13-C01間的EG熱態模擬。熱態模擬平衡建立后,開始向第一酯化釜連續進漿料,進入加壓酯化(約200kPa)階段。當連續進料約3h后,12-R01的壓力PC-12013開始失去控制,系統失壓。操作人員隨即決定中斷12-R01的漿料供給。現場檢查PV-12013,發現開、關PV-12013已對壓力PC-12013不起任何調節作用,懷疑其閥芯已脫落,確認PV-12013已不能正常使用。此時若要停下來檢修,一則進入系統中的40多t物料要全部排出作廢,二則PV-12013為國外進口的DN350的熱媒夾套閥,沒有備件。若要繼續開下去,第一酯化釜不能帶壓操作,EG的蒸發量將無法控制,保證不了生產所要求的反應物料的酯化率,將影響到后面的縮聚反應。
三、事故處理方案
第一酯化釜壓力控制閥失靈,這在國內尚無先例。處理此問題的前提是12-R01必須帶壓操作。該壓力控制閥設置在12-R01的升汽管上,內徑為DN350,帶有熱媒夾套,因管徑粗大,且是夾套管,該調節閥無前、后閥和旁通閥,一旦該調節閥出現故障,將無法直接控制12-R01的反應壓力。分析酯化段工藝流程的特點,在酯化系統的尾氣排放管線(DN50)上加一個控制閥可以實現這一目的,但其后果是,因12-R01,13-R01,13-C01之間是連通的,它們將在同一個壓力下運行,這樣需要評估解決隨之而來的幾個問題。
(1)12-R01,13-R01之間的物料流動,靠的是2釜間壓差及位差的聯合作用。現在,物料只能在位差作用下流動,能力夠不夠?經查,在以前運行320t/d負荷下,13-R01液位控制閥LV-13015的開度為41%,還有相當大的余量,不在很高負荷下運行,應該不存在問題。
(2)13-R01帶壓操作,其氣液相平衡將發生變化,并將增加副產物DEG的生成量。因此,要對12-R01,13-R01的各項工藝參數重新整合,目的是同時控制好2臺反應釜的物料酯化率及副產物DEG的生成量。
(3)13-C01將帶壓操作,應適當提高塔的溫度。
(4)反應水收集罐13-T01的液位計是單法蘭液位計(另一端通大氣),13-T01帶壓后,要將其氣相端壓力引入液位計,才能保證它能正常工作。
(5)處理方案從工藝塔出來的混合蒸氣經冷凝器13-E01冷卻后,大部分水及未分離出的少量乙二醇被冷凝下來,不凝尾氣進入淋洗塔脫除有機物后再高空排放。13-E01與淋洗塔之間的連通管線比較細(DN50),便于施工改造。因此我們在此段管線上加裝了一個DN50的調節閥(如圖2),并且利用原控制回路PC-12013對此閥進行控制,通過控制尾氣的排放量實現對酯化系統壓力的調節控制。正常生產情況下,12-R01,13-R01是不通氮氣的,為了便于穩定控制,要分別向12-R01,13-R01補加一定量的氮氣。
四、處理后的效果
表1 事故處理前后的運行參數比較
項目 |
正常運行參數 |
事故處理后參數 |
12-R01 |
壓力/kPa |
60 |
50 |
液位/% |
30 |
33 |
溫度/℃ |
262 |
260 |
EG回流比 |
0.112 |
0.120 |
13-R01 |
壓力/kPa |
常壓 |
50 |
液位/% |
43 |
45 |
溫度/℃ |
265 |
264 |
EG回流比/(kg·h-1) |
400 |
350 |
13-C01 |
壓力/kPa |
常壓 |
45 |
中溫/% |
130 |
132 |
底溫/℃ |
180 |
184 |
表2 中控分析指標比較
|
12-R01 |
13-R01 |
酸值/(KOHmg·g-1) |
w(DEG)/% |
酸值/(KOHmg·g-1) |
w(DEG)/% |
正常運行 |
53.53 |
0.77 |
22.31 |
0.98 |
事故處理后 |
55.35 |
0.72 |
23.49 |
0.91 |
(1)在酯化系統尾氣排放管線上加裝一個控制閥,并利用原控制回路PC-12013對此閥進行控制,實際運行效果很好,壓力控制很平穩。在系統停料處理幾小時后,繼續進行開車作業,并順利生產出優質的產品;(2)酯化系統工藝參數的調整。由于酯化工藝流程的變化,相關的工藝參數也作相應調整。以生產負荷350t/d為例,事故處理前后的運行參數比較如表1;(3)酯化反應的中控分析指標比較如表2所示;通過比較可以看出,一、二酯化的酸值、DEG在壓力調節閥失靈前后并無多大差別,酯化比較平穩,達到了所要求的酯化程度;(4)事故處理后和正常運行時的產品質量比較見表3。可以看出,第一酯化壓力調節閥失靈后,整個酯化系統在正壓下操作對產品質量并無明顯影響。表3 產品質量比較
檢查項目 |
指標 |
檢驗結果 |
正常運行 |
事故處理后 |
特性黏度/(dL·g-1) |
0.642±0.005 |
0.641 |
0.642 |
w(灰份)/% |
≤0.05 |
0.04 |
0.04 |
端羧基值/(mol·t-1) |
≤28 |
17.0 |
21.2 |
w(DEG)/% |
≤1.2 |
1.11 |
1.04 |
色相 |
L值 |
≥72 |
80.0 |
80.5 |
b值 |
4.0±2 |
4.8 |
3.9 |
軟化點/℃ |
≥260 |
261.0 |
261.2 |
參考資料
張承志.聚酯生產中二甘醇和生成與控制.合成纖維工業,1984,(5),20-24.武榮瑞.張大省,孫淑梅,等,聚對苯二甲酸乙二酯合成中醚鍵生成的研究Ⅰ聚對苯二甲酸乙二酯合成中醚鍵生成的規律.合成纖維工業,1981,(4);5-10,18