10 万t/a 聚氯乙烯生产装置运行总结及优化

李世波，杨菲菲

（广西柳化氯碱有限公司，广西 柳州 545600）

广西柳化氯碱有限公司采用深圳冠恒通干法乙炔、国产上海森松70 m3聚合釜、徐州设计院干燥气力输送系统和哈工大博实自动包装机生产粉状PVC 树脂。 设计产能20 万t/a， 一期建成10 万t/a。2010 年5 月该装置建成投产，开车一次成功，各项指标均达到设计要求。在几年的生产运行中，通过不断研究总结，逐步对该装置生产技术吸收改进，取得了良好的技术及经济成果。本文从工艺特点、设备配置、自动化控制等方面加以分析说明，对出现问题与改进情况以及今后生产运行注意事项进行了总结和优化。

1 工艺特点

70 m3聚合釜生产装置最早引自美国古德里奇公司，与45 m3聚合釜生产装置相比，该装置生产工艺先进，进料方式独特，产品质量优异，能耗低，其主要特点如下。

1.1 干法乙炔工艺

采用两台2 500 m3/h 干法乙炔发生器， 消除了传统湿法乙炔发生器产生的大量电石渣浆， 只产生含水约2%左右的干电石渣， 大大减少了污水排放以及处理湿法电石渣浆的运行费用。 且干电石渣还能很好地进行二次利用。

同时，细小电石（粒径≤3 mm）储存于电石加料斗，料层高约1 m，与加料绞龙一起形成很好的密封效果，防止发生器乙炔泄漏。 与湿法发生器相比，取代了大块电石加料的生产操作， 避免了大块电石加料时碰撞加料斗引起的爆鸣。

1.2 防粘釜技术

在全自动生产装置中，整个涂布过程由DCS 控制执行。首先在选釜与空釜检测后，进行涂前冲洗操作以清除釜壁附着物，然后开启蒸汽阀进行预热。一段时间后用泵将涂布剂打入蒸汽管线， 使之雾化进入釜内，在壁面形成一层保护膜。涂后继续蒸汽加热使保护膜进一步固化，最后关蒸汽阀进行涂后冲洗。由于防粘釜剂性能优异，喷淋阀设计合理，工艺控制指标科学，计算机自动操作，故涂布效果好。 实现单釜500 余釜未清釜，与45 m3釜约每80 釜清一次釜相比，大大提高了设备利用率，提高了树脂质量，同时降低了人工入釜清釜的安全隐患， 也降低了清釜工人劳动强度。

1.3 等温水入料技术

45 m3聚合釜入料方式一般为冷加料， 即先加入常温水与各类助剂，然后加单体，最后进行升温。升温时间一般需25～40 min。 升温过程中由于釜壁温度高， 会使部分引发剂提前分解引发聚合反应，生成微量小分子聚合物， 对树脂质量有一定影响。而等温水加料工艺是同时加入热水与单体，由计算机自动控制进水温度， 加料后釜温比反应温度略高，再加分散剂并调整釜温至反应温度，最后加引发剂进行聚合反应。 这样既消除了45 m3釜升温的弊端，又缩短了辅料进料时间，降低了能耗，提高了设备利用率[1]。

1.4 反应中途注水工艺

随着聚合反应的进行，单体逐渐转化为树脂，树脂密度大于单体，整个反应体系的体积收缩，体系黏度增大，传热面积减少，影响传热效果。本装置在聚合反应过程中，根据不同的反应时间，由高压注水多级泵分两个时段进行注水。 第一段注水流量1.0 m3/h，注水开始时间为反应45min；第二段注水流量1.2m3/h，注水开始时间为反应105 min。 很好的维持整个体系的体积不变， 保持较好的传热效果及体系黏度，中途注水还能吸收一部分热量。 因此，70 m3聚合釜加料时的水油比可以相对降低一些，为1.2 左右，低于45 m3釜水油比1.4， 更是远低于30 m3釜水油比1.7，很好地提高了单釜生产能力。

1.5 全自动PVC 树脂包装机

包装系统采用哈工大博实全自动包装机， 包含称重单元，真空单元，包装单元，皮带输送单元，金属检测仪单元，喷码单元，码垛单元等控制单元。 每班只需2 人就能完全操控包装机全部工作流程， 最高包装量达到692 袋/h（设计能力800 袋/h，25 kg/袋）。满足了生产包装量要求，现场环境好、粉尘少、设备维护简单。

2 存在的问题及优化

2.1 发生器回用除尘水造成发生器喷淋水管道结垢，堵塞喷头

发生器除尘冷却水含有较多电石渣粉， 虽然经过沉降池的自然沉降， 仍无法完全去除其中的电石渣，用作发生水易造成发生器喷淋水管道结垢，堵塞喷头。 通过使用新鲜水代替部分除尘冷却水和增加自动板框压滤机去除除尘冷却水中的电石渣， 较好地解决了问题。

2.2 发生器细碎机锤头磨损严重

发生器的细碎机使用频率较高，高负荷生产时，细碎机很少能停机，并且没有备机。原厂细碎机锤头耐磨性能不佳， 高负荷生产一个多月锤头就磨损严重，必须更换。 一旦停机更换，发生器必须停机3.0～4.0 h，严重影响生产，且不安全。 通过更换硬质合金锤头，锤头更换的周期延长至4 个多月，稳定了生产。

2.3 投产初期乙炔发生器操作不稳定

影响发生器操作稳定性的因素较多， 如电石发气量，电石加料量和发生给水量等。乙炔发生给水量与电石量、乙炔发生量关系为

给水量=期望乙炔发生量×（36/22.4）×α+β式中：α 为给水倍率，2.55±0.25；β 为偏差；电石发气量按280 L/kg。

因此，当不能明确电石发气量、给水倍率和偏差β 时， 发生器操作很不稳定。 主要体现在给水偏多时，发生器搅拌粘料，电流升高，引起搅拌跳停；给水偏少时，发生器温度升高引起报警，电石渣过干引起排渣绞龙密封不严，易跑气，电石反应不完全，进入电石渣罩棚，存在安全隐患。

经过几个月的尝试与摸索，找到了其中的规律。发生器投料时初始设定乙炔发生量1 000 m3/h， 加料螺旋上下绞龙同时开启，转速基点5.0 r/min 开始设定。绞龙转速与加水量为1∶1 左右。打开发生供水第一层、第二层的总阀，第一层启用第一组和第三组喷头。第二层启用第一组和第三组喷头，第一层与第二层水量均匀分配，每层第一组与第三组水量按6∶4 比例分配。 单台发生器乙炔气流量大于1 800 m3/h 时，第一层、第二层3 组喷头全部开启，水量分配为第一组45%，第二组35%，第三组20%。 第三层喷头视三层温度情况决定是否启用和启用流量。 随时根据发生器搅拌电流和发生器温度变化，增加或减少水量，并且第一层与第二层喷水量增减比例应保持一致。

2.4 转化器列管泄漏及触媒消耗高

由于投产准备工作做得不够细致， 恰逢南方梅雨季节装填转化器触媒，转化器厂房为露天设计，防雨措施做得不到位，导致装填的触媒带水，投用后，氯化氢气体与水分反应生成盐酸， 腐蚀转化器花板焊缝，导致花板焊缝渗漏，更多的壳程循环冷却水进入管程与氯化氢气体反应生成盐酸进一步腐蚀转化器花板焊缝。 发现泄漏后，检修补漏要翻触媒，造成触媒破损、散落，触媒又接触湿润空气，再次装填后，转化器的泄漏情况不见好转。如此反复，导致触媒消耗一度增加到3.54 kg/t PVC。 另一个导致触媒消耗增加的原因是新触媒使用初期活化操作不当。 发现以上问题立即实施优化方案，首先修建触媒烘房，将检修翻出的触媒， 回装前在触媒烘房里先烘干水分再回装；回装时天气必须晴朗。 其次，新触媒投用时先低负荷通气，保持低温85～90 ℃活化半个月左右，再经10 天左右缓慢增加负荷到正常使用温度（130～145 ℃）。 通过以上操作， 转化器使用逐渐正常，触媒消耗也逐渐恢复了正常。

2.5 精馏塔系统单体易自聚、脱落，堵塞管道

精馏装置运行1 年左右， 发现高沸塔进料泵易堵塞。 分析原因是过高的塔底温度使塔的生产能力提高不少，精馏塔回流比较小，产品质量也很好，但容易使单体发生自聚。通过将精馏塔底温度54 ℃调整到46 ℃左右，增加回流比，虽然蒸汽消耗有所增加，但很好地缓解了单体的自聚，稳定了生产。

2.6 聚合单体加料管道流量、压力波动

DCS 原始设计程序使单体加料初期流量、压力波动剧烈。原始设计程序采用常规设计，即单体泵启动。 打开入釜截断阀，打开入釜调节阀，同时系统检测实际流量值与设定值的偏差和实际管道压力与设定压力值的偏差，进行流量与压力的调节。流量由入釜调节阀调节，管道压力由单体回流调节阀调节。两个调节阀同时动作，互相干扰，导致单体加料前期流量和压力都不稳定。通过更改程序，增加单体回流阀初始开度设定值（即启泵前单体回流阀先开启一定开度，减小管道压力），并延时启动压力检测，待管道流量较稳定后，压力检测才开始进行自动调节，此时的管道实际压力与设定压力已很接近， 阀门动作幅度小，避免了单体入釜流量的大幅波动，提高了单体计量准确度，也增加了安全生产系数。

2.7 汽提塔易产生黄点

初期生产由于负荷低，造成汽提工序经常停车，每次开车冲洗升温都发现明显黄点， 经分析后发现是由于进塔蒸汽管线设计存在缺陷， 即蒸汽管线从一楼接入位于二楼的汽提塔蒸汽入口， 存在U 型弯，汽提塔蒸汽入口高于蒸汽管，且管口直接与汽提塔连接。 汽提塔停车时，先停蒸汽，冲洗塔板时物料进入蒸汽管线并沉积在蒸汽管道中。下次开车时，高温蒸汽将沉积的树脂烤黄带入系统。经过改造，抬高蒸汽管线，形成倒U 型弯，汽提塔蒸汽口低于蒸汽管倒U 型弯管顶，避免了以上现象的发生。

2.8 聚合反应爆聚与分散剂加料顺序的优化

聚合釜投产初期，分散剂加料采用厂家提供的倒加料顺序，即先加入助分散剂（醇解度较低），再加入主分散剂（醇解度较高），且总加入量较高，达到了单体质量比的0.11%。前期反应较平稳，但树脂形态不理想，表现在树脂均匀度不高，过筛率不合格，细料、拖尾料较多，干燥尾气易带粉尘。 通过减少分散剂加入量，树脂形态好转，基本达到了一等品指标，此时的分散剂加入量为单体质量比的0.095%左右 （接近理论值的高限），但是随后出现了偶尔的爆聚现象，即在聚合反应1 h左右反应异常， 搅拌电流异常升高，出现颗粒料，必须提前终止反应，减少单体损失。

通过对整个反应体系查找原因，翻阅相关资料，最终确定是分散剂加料顺序不恰当造成的。 分散剂是聚合反应的关键助剂，分散剂又分为主分散剂（醇解度80%以上）和助分散剂，主分散剂一般为高醇解度的分散剂，助分散剂为醇解度较低的分散剂。主分散剂保胶能力强，提高聚合反应体系稳定性，提高树脂表观密度，但不利于增加树脂的吸油率，不利于下游产品的再加工。而助分散剂恰恰相反，主要是为了提高树脂的吸油率，但保胶能力不是很好。虽然后面也有高醇解度的分散剂加入， 但从物理空间位阻来看， 先加入的助分散剂大大削弱了后加入的主分散剂的保胶能力。因此采用倒加料顺序，为起到更好的保胶能力就需要加入过多的分散剂， 一旦减少加入量达到一个极限值就会出现上述爆聚现象[2]。

通过调整回主分散剂先加入的操作顺序， 即先加入高醇解度分散剂后加入低醇解度分散剂， 爆聚现象再也没有出现， 并将分散剂总加入缓慢降至单体质量比的0.08%，树脂各项指标都达到了优等品，树脂形态得到很大的提升，颗粒变得比较均匀，拖尾树脂较少，树脂流动性较好，包装机的包装速度提高约10%，分散剂正加料树脂形态见图1。

2.9 树脂白度偏低

图1 分散剂正加料树脂形态

2011 年年初树脂白度偏低，维持在73%～79%，虽然大多数能维持在优等品以上， 但是满足不了多数下游客户的要求（白度81%以上），且同类生产厂家都能稳定生产出白度81%以上的树脂。 通过查阅相关资料， 得知影响树脂白度的一个关键因数就是终止剂质量好坏， 但公司没有相关仪器分析终止剂的有效成分及含量。最后通过实验，选择两个反应釜次，在正常反应结束后，加入正常量终止剂，不马上出料， 待釜压力和温度下降到最低值（一般20 min左右），观察釜温和压力会不会上升。 到35 min 后果然出现了温度和压力的明显上升。 初步证实很可能是终止剂的效果不理想， 即使已经正常出料到出料槽，但树脂仍可能进行二次反应，导致PVC 树脂产生异常缺陷（如头-头连接、支链和不饱和双键等）。含有这些缺陷的PVC 树脂热稳定性较差，其大分子在光、热的作用下易分解出氯化氢，同时生成具有共轭双键多烯烃结构的有色物质， 从而影响树脂及其制品的颜色。

随后，更换了另一种水乳型终止剂，同样按每釜32 kg 的加入量使用，树脂的白度恢复了正常，基本维持在81%～83%。

另一个可能导致白度偏低的原因是树脂的颗粒形态。 直至2011 年底，聚合釜分散剂加料顺序一直沿用厂家的倒加料顺序，分散剂加入量一直偏多，树脂颗粒形态较差，树脂拖尾、棱角较多，且细小树脂较多，表观密度偏低。干燥过程中，细小树脂、棱角和拖尾部位易受热过度， 颜色偏黄， 降低了树脂的白度。2011 年底，分散剂改为正加料顺序，并逐步减少分散剂用量，树脂形态得到了很好的提升，树脂的表观密度、过筛率和流动性都比较理想。树脂的白度得到了进一步的提升，维持在82%～86%。

2.10 干燥旋流床能力不足，床底易积料

经过一个多月的满负荷生产观察和数据收集，发现干燥2#鼓风机能力存在问题。风机在全开风门不输送物料时的电流在230 A 左右， 在满负荷生产时电流为209～220 A， 而风机的额定电流为284 A，没有达到风机的工作能力。而旋流床进口风压在生产时基本小于7 kPa，旋流床出口风压为3.0～3.5 kPa，易造成旋流床床底积料并产生黄黑点。 通过咨询同类型生产厂家，2# 鼓风机满负荷生产电流在230A 左右，旋流床进口风压在生产时基本都稳定在9 kPa，旋流床出口风压为5～7 kPa。 最后通过更换2#鼓风机叶轮，由原来的1 250 mm 直径增加到1 380 mm，增大了风量与风压，解决了以上问题。

2.11 干燥气流塔底积料产生黑点

干燥气流塔运行大半年，发现产生黑点，拆开塔底人孔检查，发现塔底积料严重，积料靠近蒸汽加热器，被高温烤糊产生黑点。 经进一步检查发现，积料的原因是气流塔绞龙进料口下的筛网严重破损脱落，造成绞龙输送的大块树脂无法被打碎，掉入塔底形成积料。 通过更换结实的筛网避免了以上问题再次发生。

3 结语

经过近两年的生产摸索、总结与优化，整个聚氯乙烯生产装置趋于平稳，各项工艺指标良好，树脂优等品维持在97%以上。 企业结合生产实际，通过不断加强管理和技术改造， 在确保安全生产的前提下使产能和质量指标逐步达到工艺设计的要求。 但整个生产系统仍有不少可挖掘的地方， 如干法乙炔破碎系统细碎、 撒落电石和粉尘的收集并回用到生产系统，降低电石的消耗；高含量COD 渣浆污水的预处理，减轻污水站处理压力；转化含汞废水的汞回收利用以及树脂颗粒形态、 白度等质量指标的进一步优化。