阻旋式料位计在聚丙烯工艺中的应用及故障分析

武云云 , 王洛东 , 杨海宏

(中国石化 洛阳分公司 , 河南 洛阳 471012)

洛阳石化1#聚丙烯装置采用日本三井油化的HYPOL工艺技术,利用分公司丙烯为原料,通过液相和气相两级反应连续聚合,生产本色均聚聚丙烯树脂。该装置于1993年1月建成投产,运行至今已30年,面临设备稳定性下降、故障率高的局面。其中干燥工段汽蒸罐M302料位计出现过多次故障,经过分析处理及部分改进后,情况有了很大改善,保证了干燥工段的良好运行。

1 聚丙烯装置情况简介

1.1 工艺流程简介

聚丙烯工艺流程方框简图见图1。

图1 聚丙烯工艺流程方框简图

由图1可知,原料丙烯经精制工段脱H2O、CO、CO2、O2、H2S、COS等杂质后,进入液相聚合釜D201中进行液相本体聚合生成聚丙烯浆液;然后进入气相流化床反应器D203进行气相聚合生成聚丙烯粉料;再经过程序控制系统间断送到循环气分离器D206中释放未反应气体,靠重力排到粉料加热器M301,经过干燥、脱己烷、脱残存丙烯后,送到汽蒸罐M302中进一步进行干燥,以除去微量己烷,并将粉料中含有的微量催化剂去活;最后进入造粒工段生成聚丙烯粒料成品。

在聚丙烯工艺流程中,M302的作用有两个:①由釜底引入热氮气和蒸汽,将成品粉料干燥,并使成品粉料中剩余的催化剂失活。成品粉料必须在釜内滞留一定时间,才能达到工艺要求。滞留时间过长,有可能使釜内暴满,憋停上游设备,造成停产;滞留时间过短,干燥不彻底,催化剂去活不充分,不仅影响产品质量,造成质量波动,更重要的是,这些危险成分在下一个容器中会因积累过多而发生闪燃、爆炸。②要将催化剂失活后的粉料以合适的量及时送到造粒工段,其输送量的大小及稳定性影响了装置的产能发挥。而以上作用能否正常发挥的关键就是汽蒸罐M302的料位控制系统。

1.2 M302料位控制系统介绍

M302料位控制系统示意图见图2。

图2 M302料位控制系统示意图

M302料位控制系统有3个料位计L320A、L320B、L320C组成,分别对应M302反应釜99%、66%、33%料位。在装置运行时,粉料从M302上入口进入罐内,经蒸汽和热氮气干燥去活,经旋转下料阀Z303定量排出。当料位正常生产时以33%～66%为参照,料位达到66%,DCS输出高料位信号,搅拌电流增大,下料旋转阀Z303转速提高,增加下料量;料位只有33%时,输出低料位信号,搅拌电流减小,降低Z303转速,减少下料量。控制信号示意图如图3所示。

图3 M302料位控制信号示意图

在这个控制系统里有一个逻辑条件见表1。

表1 M302料位计逻辑条件

由表1可知,①当99%的料位开关检测到料位时,66%和33%的料位开关也必须检测到料位,满足了这些条件,控制器就确认99%的料位成立;否则,控制器就故障报警,给Z303发出停止信号,停止下料。②当66%的料位开关检测到料位时,33%的料位开关必须检测到料位,而99%的料位开关应检测不到料位,满足了这些条件,控制器就确认66%的料位成立,否则,控制器就故障报警,给Z303发出停止信号,停止下料。③当33%的料位开关检测到料位时,66%和99%的料位开关必须检测不到料位的状态,满足了这些条件,控制器就确认33%的料位成立,否则,控制器就故障报警,给Z303发出停止信号,停止下料。④当33%、 66%和99%的料位开关都检测不到料位时,显示料位为0,Z303停止下料。

综上所述,3个料位计任一料位出现故障,就会造成控制失效,下料中断,影响装置的平稳生产。所以,料位计的选择及测量准确性尤为重要。

2 阻旋式料位计的原理及特点

料位计也称为料位开关,按接触方式来划分,可以分为非接触式料位计和接触式料位计两种,常见的接触式料位计有阻旋式料位计、音叉式料位计、电容式料位计;常见的非接触式料位计有超声波料位计、导波雷达料位计、射频导纳料位计。

聚丙烯装置干燥工段M302料位L320A/B/C选用的是阻旋式料位计,也称为阻旋物位计或者阻旋料位开关、阻旋物位开关等,主要用于各种物料(如粉状、颗粒状或块状)料仓极限料位的自动检测与控制,不同型号的料位计可满足不同工况的要求,在冶金、粮食、面粉、建材、水泥、电力、煤炭、化工、铸造、橡胶、环保除尘等各行各业的物料输送与控制过程中有着广泛的应用。

2.1 阻旋式料位计的原理

L320三台料位计结构一样,如图4所示。

图4 L320料位计示意简图

具有相同的工作原理。一台同步电机驱动齿轮机构,带动延伸到料仓内的旋翼片转动。电机通过齿轮机构与旋翼片传动机构的连接是偏心的。当物料接触到旋翼片时,旋翼片转动被阻止。此时,电机的反应力矩克服弹簧的拉力,电机和齿轮机构继续转动,使固定在电机上的凸轮机构制动两个微动开关,其中一个发出料位信号至DCS;另一个发出信号,切断电机电源。当料位下降时,桨叶被释放,齿轮机构和电机被弹簧拉回到原来的位置,微动开关发出料位下降信号至DCS,同时接通电机电源,启动电机,通过齿轮机构带动旋翼片继续旋转,一直循环下去。在法兰与电机之间通有洁净反吹氮气,防止粉料进入电机部位影响料位计正常运行。

2.2 阻旋式料位计的特点

与其他料位计相比,阻旋式料位计有以下特点:①采用接触测量,结果真实、准确可靠;可水平、倾斜与垂直安装,安装使用方便。②超强防抖性能设计,即使在物料流动时也不会发出错误信号。③抗干扰性强,即装即用。由于其内部没有复杂的电子元件及其放大电路部分,使其不受任何电磁波干扰。④优良的测量再现性和环境工况适应性。即不受物料粒度、形状、相对密度、介质、壁垢、黏附性、温度、湿度、粉尘浓度等变化的影响。⑤双重保护功能。过载保护功能避免叶片受过分外力而损坏电机;自动保护功能使料位器在料仓有料叶片旋转受阻时,断电不工作,保护电机且有效延长其使用寿命。⑥抗振性及防松结构设计,有效避免部件松动及滑脱;采用优质不锈钢材料,使其具有优良的抗腐蚀性及耐磨性能。⑦价格低,性价比优良。

3 运行过程中的故障分析及处理

3.1 阻旋式料位计的故障分析

在聚丙烯装置正常生产过程中,一般将LIC320设定在50%,DCS上L320则在66%和33%呈锯齿状显示,但因受M302搅拌以及粉料、气流混合物波动的共同干扰,料位开关极易误动作输出假信号至控制器,造成控制器报警并中断下料。DCS上料位异常显示情况有3种:①在33%料位上拉直线;②在66%料位上拉直线;③偶尔出现料位为0的情况。归纳到料位计本身,有以下两种故障状态。

3.1.1物料未浸没叶片时,发生信号输出

原因分析:①杂物进入轴承或者传动轴造成传动轴卡死而产生输出信号。②物料冲击使传动轴变形弯曲,造成传动系统卡死而产生信号输出。③微动开关故障造成信号输出错误。

3.1.2物料浸没叶片时,无信号输出

原因分析:①电机长时间运转而损毁发生停转。②叶片形式与物料密度不相符,叶片与物料间产生的阻力小于弹簧的拉力而使电机无法停转。③旋翼片脱落或传动轴断裂造成阻力小于弹簧的拉力而使电机无法停转。④微动开关故障造成信号输出错误。⑤氮气反吹量过大,使原本压住旋翼片的粉料被氮气吹开,长时间保持这种状态,会造成物料架桥,导致L320传递虚假信号。

3.2 阻旋式料位计的故障处理

①叶片及传动轴采用高强度不锈钢材料避免断裂。②选用高品质进口电机和轴承,提高运行的稳定性和可靠性。电机的选择需要考虑电机的结构、功率、转速、减速机构、温升等方面因素,避免出现因电机选用不当造成线圈烧断或扭力不足,从而出现误报警现象。③调整工艺参数使工艺反应完全,避免M302内杂质及水蒸气增多,造成料位计长期受力增大超负荷运转而损坏。④保证反吹氮气压力、流量合适且稳定,防止反吹量过大或过小导致L320传递虚假信号。⑤根据叶片及物料间阻力的改变,调节拉伸弹簧的位置,使弹簧拉力相匹配,防止拉力过大或过小造成测量的误差。⑥在装置负荷大幅度提高时,M302处理量增大,相应的氮气及热蒸汽量也大幅增加,这就使M302下部的粉料波动加剧,对33%料位开关冲击干扰加大,故障率上升。先后采取了更换大尺寸旋叶片、更换高强度弹簧的措施,有效增强了料位计的抗外力干扰能力。

4 阻旋式料位计的日常维护

因为处理L320液位计故障时需要干燥工段停工,对装置平稳运行造成很大影响,所以做好阻旋式料位计的日常维护,降低液位计的故障率尤为重要。①法兰连接处要注意定期紧固,防止松动影响料位计正常工作。②定期检查传动轴和叶片是否有弯曲变形现象,如变形应及时处理或更换,传动轴和叶片变形长期使用会导致电机损坏,内部齿轮打滑。③定期检查传动轴与叶片之间的连接是否牢固。④定期清除接线盒、叶片及传动轴上的物料及杂物。⑤定期检查电缆固定螺母锁紧情况,做好防水,避免雨水渗透仪表壳体内损坏电路板。⑥适时调整工艺参数,确保反应完全,减少M302内杂质及水蒸气。⑦加强巡检监控,确保反吹氮气量合适且稳定。