穿流板式汽提塔的操作注意事项

    聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯（VCM）和各种助剂在聚合反应容器内通过控制一定的反应温度和压力及相关工艺指标聚合而成的高分子化合物，因其优良的综合性能和较低廉的价格目前已广泛应用于工业、建材、包装材料和日用品消费等行业，深受消费者的青睐。由于生产PVC的原料VCM属于慢性致癌有机物，人体若长期接触VCM含量超标的制品会造成肝功能损坏，所以PVC树脂残留氯乙烯含量成为衡量PVC树脂质量的重要指标之一。国家标准GB/T5761-2006中对PVC树脂残留VCM含量进行了严格的规定。
    汽提塔是PVC树脂生产过程中的重要设备之一，用于回收聚合生成的PVC树脂颗粒内部溶解吸附的VCM，使PVC树脂残留VCM含量达到国家标准。PVC生产过程中常用的汽提塔分为有溢流堰塔和无溢流堰塔，其中无溢流堰塔俗称穿流板式塔。在生产过程中，有溢流堰塔的传质传热过程仅在塔板上进行，PVC浆料在板间流动时仅有传热而没有传质，而无溢流堰塔内一直都在进行传质与传热；因此，无溢流堰塔的产能要高于有溢流堰塔. 但由于浆料在无溢流堰汽提塔中停留时间较短（一般为6~8min），所以无溢流堰汽提塔在PVC树脂生产中的蒸汽消耗量相对较高，且PVC树脂的质量也更容易产生波动。
    宁夏西部聚氯乙烯有限公司（以下简称西部公司）聚合装置浆料汽提工序采用无溢流堰的填料塔。该塔高为16.2m，直径为1.5m，塔内塔板数为34层，填料层高度为1m，填料全部采用不锈钢材质的阶梯环形填料，进塔浆料通过填料层进行均匀分散后再进入塔盘进行汽提。
    原设计单台汽提塔生产能力为8万t/aPVC，投入生产运行以后，出现了各种异常现象，如汽提塔内浆料杂质粒子数波动较大，汽提塔顶部气相部分带料严重，成品树脂的残留VCM含量超标，汽提塔结垢等问题，一度严重制约着装置的正常运行。针对上述情况，西部公司成立了QC攻关小组，从生产中的各个环节入手，对影响汽提塔运行的因素进行科学、全面地分析，并针对存在的问题逐项制定出切实可行的改进措施。通过实施相关措施，*终解决了上述问题，确保了装置高效、稳定地运行。
    1 汽提工艺流程简介
    在聚合釜中反应生成的PVC浆料在出料槽中通过高压回收系统回收大量的VCM后，经树脂过滤器过滤，过滤后的PVC浆料进入螺旋板式换热器，被从汽提塔底排出的热浆料加热后，再通过塔顶进料管线喷头进入汽提塔进行加热汽提。经过汽提后的PVC浆料进入螺旋板式换热器，经换热后进入混料槽，然后送至离心干燥系统进行干燥。塔顶气相物料经过塔顶冷凝器冷凝后，冷凝液由泵送至废水槽后进入废水汽提工序。从PVC树脂中汽提出的VCM经过滤，再经连续回收压缩机加压提高露点后进入VCM冷凝器被冷凝成液体进入回收单体贮槽，回收的VCM与自VCM精馏系统送来的新鲜VCM按一定的配比进入聚合釜再参与聚合。
    2 汽提塔操作注意事项
    2.1 温度
    在汽提塔运行过程中，汽提塔温度是控制PVC树脂中残留VCM含量的主要工艺指标。VCM在PVC树脂、脱盐水及蒸汽3相中的不等量分布使其在PVC浆料中存在着脱吸动力。通过提高浆料温度使PVC浆料受热沸腾，不仅提高了PVC浆料内VCM在蒸汽给予的汽化潜热的作用下经过颗粒中的孔隙穿过皮膜层向水相中扩散的速度，同时还提高了VCM由水相冲破水液层静压阻力扩散至气相的速度；因此汽提温度越高，VCM在3相中的转移速度越快，PVC树脂颗粒内残留VCM的含量也越低。但PVC树脂的热分解温度较低，长期受热或温度过高时会使其分解变色而造成树脂的杂质粒子数超标，因此，从提高成品树脂质量和降低生产消耗两方面综合考虑，在有效脱吸PVC树脂中残留VCM的同时应尽量减少汽提塔蒸汽的用量。
    西部公司经过不断地生产实践，对汽提工序采取了以下有效措施。
    （1）塔顶温度控制在90~94℃，塔底温度控制在103~108℃时，不仅可使成品PVC树脂中残留VCM含量#5g/g，达到国家标准GB/T5761-2006中优等品指标，还能避免发生PVC树脂在塔内受热分解而变色的情况。
    （2）在汽提过程中，确保进入塔内的蒸汽为饱和蒸汽（进塔蒸汽的温度经减压后应控制在155℃左右），严禁用过热蒸汽加热塔内浆料。过热蒸汽汽化潜热较大，其进入汽提塔后在塔内停留时间延长，会造成进塔PVC浆料在塔内被蒸汽过度烘烤，使PVC树脂在塔内就发生分解而变为色点，导致杂质粒子数严重超标而变为等外品。在运行过程中，西部公司汽提塔曾因公用工程装置减温减压站故障使入塔蒸汽过热，造成PVC树脂杂质粒子数严重超标，迫使汽提工序全线停车。
    2.2 塔顶压力
    要确保汽提工序稳定运行，除控制温度外，对汽提塔塔顶压力的控制也很重要。该套汽提塔原设计采用正压操作，塔顶压力控制在0.01~0.03MPa。随着汽提塔的运行，西部公司技术人员发现汽提塔塔顶压力过高时，不仅不利于VCM从PVC树脂中脱吸，还会造成浆料在塔内停留时间过长，树脂被蒸汽烘烤变色；同时汽提塔在运行过程中也会出现严重的带料现象。造成汽提塔塔顶压力过高的原因如下。
    （1）聚合釜涂壁结束后，釜内废水排至废水槽时，废水槽内VCM含量剧增。由于对废水槽内VCM的回收也是通过连续回收压缩机来进行的，因此当废水槽内VCM含量较高时会造成连续回收压缩机进口管线压力迅速升高，进而导致汽提塔塔顶压力升高。
    （2）聚合釜反应结束后，向汽提塔加料槽出料过程中，汽提塔加料槽内浆料还未经过低压回收系统回收，其中含有大量的VCM，因此也会使汽提塔塔顶压力升高。
    （3）因连续回收压缩机采用的是水环压缩机，当压缩机进水管线出现堵塞而使进水量偏小时，会造成压缩机工作效率降低，也会造成汽提塔塔顶压力升高。
    为彻底杜绝因塔顶压力升高对生产及产品质量造成的影响，西部公司采取了如下措施。
    （1）改进聚合釜防粘釜系统。
    原工艺设计聚合釜涂壁时采用的防粘釜剂为美国红JP-01，其与PVC树脂接触后会对其造成污染而影响PVC树脂的白度及杂质粒子数，因此原设计聚合釜涂壁结束后对釜冲洗的废水必须全部排到废水槽中。由于美国红JP-01防粘釜效果较差，且在涂布后的冲洗过程中容易造成塔顶压力升高，因此西部公司将原防粘釜工艺改为意大利黄WSW喷涂工艺。意大利黄WSW在无氧环境中为无色液体，且防粘釜效果较好，其与PVC树脂接触后也不会污染PVC树脂；因此在聚合釜涂壁结束后可省略对聚合釜冲洗的操作，从而消除了原工艺设计中聚合釜废水排出对汽提工序压力造成的影响。
    （2）改进汽提塔冷凝液系统。
    在汽提系统运行过程中，当聚合釜出料、压缩机运行故障或其他原因使汽提塔出现带料现象时，原工艺是将其与汽提塔蒸汽冷凝液一起打入废水槽中作为废料处理。西部公司聚合装置对汽提塔冷凝液系统进行了改造，回收了汽提塔气相部分所夹带的PVC树脂，有效解决了在汽提系统运行不正常时汽提塔出现的带料现象，同时也进一步提高了聚合釜的单釜收率。
    按上述方法改造后，西部公司汽提塔塔顶压力*终控制在0MPa左右。塔顶压力降低后，不仅提高了VCM从PVC树脂内部的脱吸速度，有效降低了成品树脂中的残留VCM含量，同时也进一步降低了汽提用蒸汽的单耗。目前生产1tPVC汽提工序的蒸汽消耗量为0.3t左右。
    2.3 汽提塔液位
    原工艺设计汽提塔进塔蒸汽管线位置略高于塔釜液位的控制区域，因此在生产过程中，当汽提塔塔底泵前过滤器出现堵塞或塔内浆料温度过高而使塔釜浆料的固含量升高时，会导致汽提塔出现满塔现象。当汽提塔出现满塔现象时，塔釜内浆料直接与进塔蒸汽接触，若处理不及时就会导致这部分树脂被进塔蒸汽长期烘烤而变色，*终使PVC树脂的杂质粒子数升高。在汽提塔运行时，汽提塔塔釜液位控制过高也会造成塔釜内PVC浆料受热时间延长，进而影响PVC树脂的白度。因此，应该在确保塔底泵正常运行的前提下，尽量将汽提塔塔釜液位控制在较低限，从而*大程度地减少PVC浆料的受热时间。在生产过程中，应根据聚合釜的单釜收率和出料总体积流量合理调整进塔浆料的固含量，并通过切换备用塔底泵的方式定期对汽提塔塔底泵前过滤器进行清理，彻底杜绝汽提塔满塔对生产及产品质量的影响。西部公司经过生产实践，将塔釜液位控制在釜塔容积的40%左右，收到了良好的效果。
    3 出现的问题及相应的解决办法
    3.1进塔蒸汽管线中积料
    该套汽提系统原设计进塔蒸汽管线为水平配管。在运行过程中，当进塔浆料流量波动或因塔底泵进口过滤器发生堵塞时，若不能及时处理，汽提塔液位随之会迅速上升而造成塔内部分浆料直接进入汽提塔蒸汽管线。另外，当汽提塔进塔蒸汽流量出现波动时，塔内PVC浆料也会在进塔蒸汽压力低时大量进入汽提塔蒸汽管线。这两种情况发生时，因进入蒸汽管线内的浆料无法及时从蒸汽管线内排出，导致其在蒸汽管线中被155℃左右的高温蒸汽烘烤变色后随进塔蒸汽一并进入浆料系统，从而造成PVC树脂杂质粒子数严重超标。为了彻底解决该问题，西部公司将原设计中的进塔蒸汽管线由水平配管改为垂直配管，再进入汽提塔，彻底杜绝了塔内浆料进入蒸汽管线的情况。
    3.2 汽提塔结垢随着西部公司PVC装置生产逐渐走上正轨，PVC树脂的产量不断提高，汽提塔的结垢现象也越来越明显。汽提塔结垢不仅影响成品树脂的质量，还会造成螺旋板式换热器内部发生堵塞，使汽提系统无法满负荷运行。经过一段时间的观察，西部公司认为造成汽提塔结垢的主要原因是配方中使用缓冲剂磷酸三钙。因为汽提塔运行过程中，含钙质的浆料通过穿流板式汽提塔时，在塔内高温蒸汽的作用下，浆料中含有的磷酸三钙会受热分解，生成的钙盐在塔内壁及塔内填料表面沉淀，使汽提塔及换热器结垢。针对该情况，西部公司提出了以下解决方案。
    （1）调整缓冲剂配方。西部公司与相关单位沟通，决定在缓冲剂配制过程中逐渐用磷酸三钠来代替磷酸三钙，经过试生产未发现异常，然后在生产中完全采用磷酸三钠，减轻了汽提塔的结垢。
    （2）定期对汽提塔及换热器进行彻底的酸洗。
    酸洗时，将一定量的氨基磺酸加入汽提塔，并对塔内注水至淹没所有塔盘，同时通入蒸汽对汽提塔升温使氨基磺酸完全溶解后通过塔底浆料泵对汽提塔和换热器进行酸洗除垢。酸洗结束后，用清水彻底冲洗干净。
    3.3 汽提塔填料层内积料
    在生产过程中，汽提塔的操作弹性一度非常小，具体表现为：当因生产需要对汽提塔进行升降负荷、断料冲水或开停车等相关操作时，塔内浆料的杂质粒子数都会随之波动，造成生产的PVC树脂杂质粒子数超标。西部公司对塔内浆料取样分析，发现杂质粒子均为PVC树脂在塔内受热过度而分解变色所致。西部公司技术人员在排除人为操作因素后利用停车机会打开汽提塔封头进行细致检查，发现塔内填料层积料严重。部分积料因被蒸汽长期烘烤而变为棕色及黑色，被烘烤变色的积料在严重堵塞塔内大部分填料的同时还产生了大量的炭黑，附着在填料及塔内壁。
    因此，塔内浆料的杂质粒子数容易产生波动的原因是：汽提塔在开停车、升降负荷及断料冲水等生产操作或运行不稳定时，因汽提塔内运行工况发生变化，导致塔内填料层中的积料落入塔内浆料体系，使PVC树脂的杂质粒子数产生波动。
    为彻底解决该生产瓶颈，西部公司通过认真分析汽提塔及其前后工序的运行情况，确认造成塔内填料层内容易产生积料的主要原因有以下3点。
    （1）进塔PVC浆料固含量较高。
    在生产过程中，操作人员为缩短聚合釜的出料辅助时间而人为减少聚合釜出料过程中对釜内脱盐水的冲洗次数，导致出料槽内PVC浆料的固含量过高。在装置正常的生产过程中，当聚合釜出料结束后，进塔PVC浆料含固质量分数通常为25%左右；在减少对聚合釜的冲洗次数后，出料槽内PVC浆料的实际含固质量分数经常大于30%，严重时会达到35%左右。PVC浆料固含量过高会使其流动性能大大降低，导致浆料在通过填料层时少量的PVC树脂颗粒沉积在填料间隙内，填料的间隙逐渐减小又会进一步降低PVC浆料在填料层中的流动性能。随着生产的不断进行，填料层内积料逐渐增多进而使填料堵塞。
    （2）汽提塔进料管线中消泡剂加入量过多。
    在生产过程中，为了有效地预防汽提塔塔顶出现带料现象，在汽提塔进料管线中要加入一定量的消泡剂溶液。西部公司采用的有机硅消泡剂溶液黏性较强，当加入汽提塔内的消泡剂溶液流量过大或浓度过高时，消泡剂溶液进入浆料体系后，在消除塔内浆料中泡沫的同时也会使塔内浆料的黏度增大，从而造成塔内PVC浆料的流动性能降低，*终使PVC树脂颗粒在通过填料层时粘附在填料表面，造成积料。
    （3）进塔浆料管线上安装的喷头喷淋面积较小。
    汽提塔原设计采用的喷头为莲花喷头。莲花喷头喷淋面积较小，造成进塔浆料无法均匀喷洒在塔内填料层上，从而使浆料喷洒不到的填料上飞溅树脂长时间停留，沉积在填料层内部，*终导致填料层内部产生积料。
    综上分析，西部公司制定如下解决办法。
    （1）进一步加强生产管理的力度。
    要求操作人员在聚合釜出料过程中按照规定的水量对聚合釜进行冲洗，确保将聚合釜出料槽内PVC浆料的含固质量分数控制在25%左右，从而避免发生进入塔内的PVC浆料因固含量较高造成其流动性能下降而在塔内填料层积料的情况。
    （2）调整进入汽提塔内消泡剂的流量。
    通过生产实践，在确保汽提塔塔顶压力和塔内压差平稳的同时，在保证有效消除汽提塔带料的前提下，尽量减少消泡剂的用量，可防止塔内浆料在填料内产生沉积。
    （3）改造汽提塔进塔浆料管线上的喷头。
    西部公司技术人员结合汽提塔进塔浆料管线内部压力、喷头与填料层之间的高度与汽提塔的实际生产能力，对喷头进行了重新选型，彻底解决了进塔浆料无法均匀喷洒在填料层上的问题。
    4 结语
    西部公司通过工艺改进，有效地提高了浆料汽提工序穿流板式汽提塔的运行效率，同时进一步提高了PVC树脂的质量，为生产装置的安、稳、长、满、优运行打下了坚实的基础。