4. Принципиальная схема и описание процесса полимиризации.

Этилен из отделения компрессии на узел полимеризации(рис.4) может поступать от:

1- компрессоров второго каскада К-3/1,2;

2- гиперкомпрессора второго каскада К-3Н.

Переключение трубопроводов от различных компрессоров к реактору осуществляется во время остановки процесса путем установки заглушек на трубопроводах отключаемых компрессоров. Кроме этого, необходимо таким же образом переключать выходной трубопровод системы рецикла высокого давления к работающим компрессорам, отключая неработающие, подключать комбикомпрессор К-1-2 вместо компрессоров бустерного К-1 и первого каскада К-2 и наоборот, подключать к компрессорам факельный трубопровод установки.

1. Этилен, сжатый компрессорами К-3/1,2 до рабочего давления, подается двумя потоками в подогреватели RE-1 и RE-2 реакторного блока

2. Этилен, сжатый гиперкомпрессором К-3Н до рабочего давления, подается двумя потоками в подогреватели RE-1 и RE-2 реакторного блока

По первому потоку этилен проходит через отсечной быстродействующий клапан с гидравлическим приводом поз. 200/1А На трубопроводе этилена установлено два предохранительных клапана ПК (SV)-215, 216 с давлением срабатывания 250 МПа Затем этилен поступает в подогреватель RE-1

Давление на входе в подогреватель RE-1 регулируется степенью закрытия клапана поз. 204Д («Хемпеля»), установленного после продуктового холодильника Е-12/1 Привод клапана осуществляется с помощью автономной гидравлической станции с главного регулятора ЦПУ в зависимости от давления в точке поз. PIRCSA(BiBo)-2541 или PIRCA(BiBo)-2543

Рисунок 4 Принципиальная схема узла полимиризации

Этилен в подогревателе RE-1 нагревается паром 3,8 МПа до температуры 170 °С. На выходе конденсата из рубашки подогревателя RE-1 имеется пробоотборная точка для контроля содержания этилена

Этилен после подогревателя RE-1 поступает в первую зону реактора R-1, которая выполнена в виде змеевика и состоит из труб внутренним диаметром 40 мм, общая длина труб 570 м Внутренняя труба имеет рубашку, по которой циркулирует горячая вода из первого цикла

На входе в первую зону реактора через специальное дозирующее устройство - «инжектор-распылитель», встроенное в трубопровод реактора предусмотрена подача раствора перекисного инициатора и установлен быстродействующий клапан с гидроприводом поз. 201/1А со сбросом в атмосферу

Перед пуском реактор разогревается, а при проведении реакции полимеризации, протекающей в экзотермическом режиме, выделившееся тепло снимается горячей водой, протекающей в рубашках реактора, а во второй зоне ещё и входным по боковому потоку этиленом с температурой более низкой, чем температура реакции. На выходе воды из рубашки R-1 имеется пробоотборная точка для контроля содержания этилена

В первой зоне реактора идет полимеризация этилена с выделением тепла. Максимальная температура в первой зоне регулируется путем изменения подачи кислорода или раствора перекисных инициаторов в зону. Подача кислорода может быть изменена либо изменением общей подачи кислорода на установку (в этом случае изменение максимальных температур происходит в обеих зонах), либо путем перераспределения потоков этилена, обогащенного кислородом, регулятором соотношения. Изменение подачи раствора перекисных инициаторов в зоны реактора осуществляется путем изменения производительности соответствующих инициаторных насосов высокого давления.

Выходящая из первой зоны реакционная смесь объединяется в точке смешения со вторым потоком этилена, выходящим из подогревателя RE-2 

По второму потоку этилен проходит через отсечной быстродействующий клапан с гидроприводом поз. 200/2А. На трубопроводе этилена установлено два предохранительных клапана ПК (SV)-217, 218 с давлением срабатывания 250 МПа Затем этилен поступает в подогреватель RE-2

Этилен в подогревателе RE-2 нагревается горячей водой из второго цикла до температуры (115 ÷ 170) °С. На выходе горячей воды из рубашки подогревателя RE-2 имеется пробоотборная точка для контроля содержания этилена

Перед точкой смешения установлен быстродействующий клапан с гидроприводом поз. 201/2А со сбросом в атмосферу

Температура в точке смешения регулируется изменением расхода горячей воды через рубашку подогревателя RE-2 с помощью регулятора поз. TIRCA(BiBo)-2069 Далее этилен поступает во вторую зону реактора R-2 На входе во вторую зону предусмотрена подача раствора перекисного инициатора через специальное дозирующее устройство - «инжектор-распылитель», встроенное в трубопровод реактора

Вторая зона реактора R-2 состоит из труб внутренним диаметром 60 мм, общая длина 792 м Реактор выполнен в виде змеевика. Внутренняя труба имеет рубашку, по которой циркулирует горячая вода из второго цикла. Перед пуском реактор разогревается, при проведении реакции полимеризации выделившееся тепло снимается горячей водой, а также входным по боковому потоку этиленом с температурой более низкой, чем температура реакции. На выходе горячей воды из рубашки R-2 имеется пробоотборная точка для контроля содержания этилена

Во второй зоне реактора идет реакция полимеризации и далее реакционная смесь поступает в продуктовый холодильник Е-12/1 типа «труба в трубе»

На входе в холодильник Е-12/1 установлен быстродействующий клапан с гидроприводом поз. 202А со сбросом в атмосферу

После холодильника Е-12/1 реакционная смесь дросселируется клапаном поз. 204Д («Хемпеля»), с помощью которого регулируется давление на входе в RE-1 и поступает в холодильник Е-12/2 типа «труба в трубе» Температура смеси после дросселирования регулируется изменением расхода горячей воды из третьего цикла через рубашку холодильника Е-12/1 с помощью регулятора поз. TIRCA(BiBo)-2100 с сигнализацией предупредительного (290 °С) значения.. Температура на выходе регулируется изменением расхода горячей воды из третьего цикла через рубашку холодильника Е-12/2 с помощью регулятора поз. TIRCA(BiBo)-2119 с сигнализацией предупредительного (270 °С) значения

На входе в холодильник Е-12/2 установлен быстродействующий клапан с гидроприводом поз. 205А со сбросом в атмосферу

Для отсечения системы с рабочим давлением 235 МПа от системы с рабочим давлением до 28 МПа после холодильника Е-12/1 установлен быстродействующий клапан с гидроприводом поз. 203Д

В рубашки обоих холодильников Е-12/1,2 предусмотрена подача пара 1,6 МПа

Сепарация полиэтилена от газа и грануляция

Охлажденная реакционная смесь после холодильника Е-12/2 поступает сверху в отделитель высокого давления (ОВД) V-5 ОВД представляет собой цилиндрический аппарат емкостью 5 м³ с трубчатым обогревающим устройством, в которое подается пар 1,6 МПа. Отделитель оборудован двумя разрывными мембранами и быстродействующим клапаном с гидроприводом поз. 214А со сбросом в атмосферу В ОВД предусмотрена подача азота высокого давления 20 МПа

В ОВД смесь разделяется на жидкую, с частично растворенным в ней этиленом, и газовую – возвратный этилен высокого давления

Давление в ОВД контролируется прибором поз. PRSA(BiBo)-2640 с сигнализацией предупредительного (28,5 МПа) значения, блокировкой на открытие клапана поз. 232/1Д, 2Д для сброса давления в колонну V-8/1,2 по промежуточному (29,5 МПа) значению и блокировкой на срабатывание программы А-II по предельному (32 МПа) значению давления Давление в ОВД также контролируется прибором поз. PRSA(BiBo)-2641 с сигнализацией предупредительного (31 МПа) значения и блокировкой на срабатывание программы А-II по предельному (32 МПа) значению давления

Уровень расплава в отделителе замеряется радиоактивным уровнемером поз. LIRCSA(BiBo)-2420 с сигнализацией предупредительных (30 и 80 %) значений и блокировкой на срабатывание программы D по предельному (85 %) значению и регулируется автоматически или вручную путем сброса расплава полиэтилена через клапаны поз. 215/1Д, 2Д в отделители низкого давления (ОНД) V-9/1,2. Здесь происходит отделение полиэтилена от этилена, который затем уходит на узел охлаждения и очистки возвратного газа высокого давления, а расплав полиэтилена поступает на узел первичной грануляции Для защиты от превышения давления на отделителях V-9/1,2 установлены две разрывные мембраны

Расплав полиэтилена из отделителя низкого давления V-9/1,2 поступает в зону загрузки экструдера КЕ 300/12D. Между отделителем низкого давления и зоной загрузки имеется шиберная задвижка с электроприводом и компенсатор. Предусмотрен обогрев шиберной задвижки, зоны загрузки экструдера, фланца фильеры и самой фильеры паром 2,8 МПа. Предусмотрено дистанционное управление шиберной задвижкой с местного пульта управления, а также сигнализация ее положения «открыто/закрыто». Уровень расплава полиэтилена в отделителе низкого давления V-9/1,2 поддерживается изменением числа оборотов шнека экструдера. Экструдер КЕ 300/12D оснащен электродвигателем и редуктором с упорным подшипником. В редуктор встроен змеевик, в который предусматривается подача оборотной воды для охлаждения масла. В зону упорного подшипника от установки азота подводится азот 0,5 МПа, после чего азот из редуктора по трубопроводу направляется в атмосферу. Электродвигатель экструдера оснащен встроенным вентилятором для обдува электродвигателя воздухом. Промежуточная часть между упорным подшипником и зоной загрузки экструдера служит уплотнением – полимерным затвором для исключения обратного потока расплава полиэтилена. Для обеспечения герметичности полимерного затвора, для охлаждения и поддержания нормальной температуры, в затвор предусматривается подвод оборотной воды. В полимерный затвор также подается азот и из затвора по трубопроводу в атмосферу отводится этилен.

В экструдере КЕ 300/12D поз. Z-1/1,2 расплав полиэтилена шнеком продавливается через 1 и 2 цилиндры в гранулятор UWG 30. Для разогрева экструдеров перед пуском, а также поддержания заданной температуры в цилиндрах экструдеров (180 ÷ 220) °С, предусмотрен узел приготовления термостатированной воды. Также предусмотрена возможность разогрева зон экструдеров Z-1/1,2 паром 2,8 МПа, путем подачи пара в рубашки цилиндров первой и второй зоны экструдеров Z-/1,2, исключая узел приготовления термостатированной воды. Подача пара осуществляется из существующего коллектора пара 2,8 МПа на узле первичной грануляции в трубопроводы подачи термостатированной воды на цилиндры экструдеров Z-1/1,2. Выход конденсата пара 2,8 МПа осуществляется через пароконденсатные гребенки, связанные с коллектором конденсата пара 2,8 МПа. Подача же термостатированной воды с температурой (50 ÷ 220) °С и давлением 3,4 МПа на входе в камеры цилиндров экструдеров осуществляется циркуляционными насосами Р-27/1÷4. Заполнение сборников термостатированной воды ТК-17/1,2 производится частично обессоленной водой.

Уровень в сборниках ТК-17/1,2 контролируется и регулируется приборами поз. LIRSA(BiBo)-2429, 2430 с сигнализацией предупредительных (30 и 60 %) значений и блокировкой на отключение насосов Р-27/1-6 по предельным (10 и 65 %) значениям уровня. Давление в сборниках в пределах (3,24 ÷ 3,29) МПа измеряется и поддерживается приборами поз. PRSA(BiBo)-2690, 2691 с сигнализацией предупредительных значений и блокировкой на открытие (закрытие) отсечных клапанов по предельным значениям давления подачей азота или сбросом парогазовой фазы в сепаратор ТК-17/1₁,2₁. Из сепаратора газовая фаза направляется в атмосферу, а конденсат после охлаждения до 40 °С в теплообменниках Е-17/5,6 направляется в сборник конденсата ТК-16.

Разогрев цилиндров экструдеров Z-1/1,2 производится путем нагрева термостатированной воды в теплообменниках Е-17/1,2 паром 2,8 МПа до 180 °С. Скорость нагрева системы должна быть максимум 1,5 °С/мин, как при обогреве термостатированной водой, так и непосредственно паром 2,8 МПа, во избежание повреждения от неравномерного распределения температуры и нагрузок в цилиндрах экструдеров Z-1/1,2. После достижения температуры 180 °С в цилиндрах экструдера начинается подача расплава полиэтилена из V-9/1,2 в зону загрузки экструдеров Z-1/1,2. Термостатированная вода подогревается паром 2,8 МПа или охлаждается оборотной водой в зависимости от того, что требуется по технологической стадии процесса нагревание или охлаждение цилиндров. Температура термостатированной воды поддерживается постоянно во время работы приборами поз. TRCA(BiBo)-2252, 2253 с сигнализацией минимального (50 °С) и максимального (220 °С) значений, посредством регулирования расхода охлаждающей воды через теплообменники Е-17/3,4, и, при необходимости, расхода пара 2,8 МПа через теплообменники Е-17/1,2, расположенные в контуре термостатированной воды соответствующего экструдера. Нагрев контура обычно требуется только для достижения температуры пуска. Расход термостатированной воды на цилиндры каждого из экструдеров Z-1/1,2 измеряется приборами поз. FRA(BiBo)-2381, 2382 с сигнализацией минимального (10 м³/ч) и максимального (50 м³/ч) значений расхода.

С целью снижения энергозатрат на узле первичной грануляции предусмотрено получение пара вторичного вскипания 0,7 МПа сепарацией конденсата пара 2,8 МПа в сепараторе ТК-17б. Из сепаратора ТК-17б полученный пар 0,7 МПа направляется в существующий общезаводской коллектор пара 0,7 МПа, а конденсат пара 0,7 МПа из сепаратора направляется в существующий общезаводской трубопровод самотечного конденсата.

Для охлаждения гранул полиэтилена и отвода пульпы в гранулятор UWG 30 поз. Z-1/1,2 предусмотрена подача циркуляционной воды насосами Р-26/1÷4 системы внутреннего гидротранспорта. Расход циркуляционной воды измеряется, регулируется, предусмотрена сигнализация при снижении расхода циркуляционной воды ниже 40 м³/ч и блокировка – останов экструдера-гранулятора Z-1/1,2 при расходе циркуляционной воды 30 м³/ч приборами поз. FRCSA(BiBo)-2379, 2380. Температура циркуляционной воды регулируется изменением расхода оборотной воды, поступающей в холодильники Е-16/1,2, также предусмотрена сигнализация предельных значений температуры приборами поз. TRCA(BiBo)-2164, 2178. Из гранулятора пульпа (гранулят и вода в соотношении 1:10), с температурой (50 ÷ 60) °С прибор поз. TR(Bi)-2250, 2251 поступает в водоотделитель Z-3, в котором циркуляционная вода отделяется, а сконцентрированная пульпа (соотношение гранулят вода 1:5) насосами Р-28/1,2 подается по линии гидротранспорта в цех 106. Циркуляционная вода из водоотделителя возвращается в сборник ТК-16. Сюда же возвращается циркуляционная вода из цеха 106, регистрируемая прибором поз. FRА(BiBo)-2393 с сигнализацией минимального (10 м³/ч) значения. В цехе 106 гранулят полиэтилена в смеси с водой непрерывно поступает через трехходовой кран в один из водоотделителей 3Z-1/1÷3, где происходит отделение большей части воды и затем в одну из центрифуг 3Z-2/1÷3, где окончательно отделяется от влаги. Вода из отделителей и центрифуг по трубопроводам стекает в бак 3ТК-1

После обезвоживания и сушки гранулят самотеком поступает в приемный бункер 3V1. Из бункера 3V1 через шибер, двухходовый распределитель и один из роторных питателей гранулят непрерывно поступает в линию пневмотранспорта и направляется в бункер перед весами 3V2

Конденсат из бака 3ТК-1 одним из насосов 3Р-1/1,2 непрерывно возвращается в цех 105

Очистка и охлаждение возвратного этилена высокого давления

Возвратный этилен из отделителя V-5 по трубопроводу, обогреваемому горячей водой из третьего цикла, поступает в первичный сепаратор возвратного газа V-6, где происходит частичное отделение низкомолекулярного полиэтилена. Затем этилен направляется на охлаждение в восемь последовательно соединённых холодильников Е-10/1÷8, разбитых на три секции. 1-я и 3-я секции состоят из трех холодильников, 2-я – из двух. В рубашки холодильников Е-10/1,2 подаётся горячая вода из третьего цикла с температурой до 175 ºС В рубашки остальных холодильников подаётся оборотная вода. В рубашки холодильников предусмотрена подача пара 1,6 МПа. Обогрев аппаратов узла очистки газа осуществляется паром 1,6 МПа. После каждой секции холодильников установлены циклонные сепараторы V-7/1÷3, в которых происходит отделение низкомолекулярного полиэтилена Обвязка 2-й и 3-й секций холодильников выполнена таким образом, что любая из них может быть включена второй по ходу газа для плавления низкомолекулярного полиэтилена, отложившегося на стенках труб во время охлаждения

На выходе воды из рубашек холодильников Е-10/1,2 имеются пробоотборные точки для контроля содержания этилена

Из холодильников Е-10/1÷8 этилен направляется в рабочую колонну очистки газа V-8/1 или V-8/2. Колонны очистки газа V-8/1,2 могут работать в рабочем или буферном режиме Рабочая колонна предназначена для дополнительной очистки этилена от низкомолекулярного полиэтилена. Этилен после рабочей колонны направляется на смешение с этиленом, подаваемым компрессором К-2 или комбинированным компрессором К-1-2 на всасывание компрессоров К-3/1,2 или гиперкомпрессора К-3Н, соответственно

Буферная колонна предназначена для:

1 Приёма этилена, сбрасываемого клапаном поз. 229 из системы очистки газа высокого давления при регулировании давления возвратного газа.

2 Приёма избытка этилена из системы очистки газа высокого давления, который сбрасывается в колонну через быстродействующий клапан с гидроприводом поз. 232/1Д или 232/2Д при превышении давления в отделителе высокого давления V-5 выше установленного (29,5 МПа)

Этилен из буферной колонны V-8/1,2 через клапан поз. 240, который управляется регулятором поз. PIRCSA(BiBo)-1647 с сигнализацией максимального (1,8 МПа) значения и блокировкой на открытие отсечного клапана поз. 258А по предельному (1,85 МПа) значению давления. В зависимости от давления в сепараторах V-11, V-12, этилен поступает в первичный V-11 или вторичный V-12 сепараторы низкомолекулярного полиэтилена, и далее в ресивер V-2. При превышении давления в сепараторах V-11, 12 выше установленного (1,85 МПа) излишки этилена сбрасываются на факел через клапан поз. 258А

Обвязка колонн выполнена таким образом, что любая из них может работать в рабочем или буферном режиме Предусмотрена возможность пропарки колонн и удаления низкомолекулярного полиэтилена через сборник V-32 при отключении колонн на ремонт и подача азота высокого давления в холодильник Е-10/6 и колонны V-8/1,2

Регулирование давления в системе очистки газа высокого давления может осуществляться следующими способами:

1 с помощью регулятора поз. PIRC(Bi)-1680 из ЦПУ;

2 изменением числа оборотов компрессора К-2 вручную или автоматически

3. изменением производительности комбикомпрессора К-1-2 с помощью байпасов вручную или автоматически.

При отклонении давления в системе выше заданного, регулятор поз. PIRC(Bi)-1680 клапаном поз. 229 сбрасывает избыточное давление в колонну V-8/1 или V-8/2, которая работает в буферном режиме

Удаление низкомолекулярного полиэтилена из первичного сепаратора возвратного газа V-6, межступенчатых сепараторов V-7/1÷3 осуществляется через первичный V-11 и вторичный V-12 сепараторы низкомолекулярного полиэтилена в сборники низкомолекулярного полиэтилена V-13, V-13A. Низкомолекулярный полиэтилен из сборника V-13, V-13A сливается в тару, а этилен направляется в ресивер V-1. Удаление низкомолекулярного полиэтилена из колонн V-8/1,2 производится также через сепараторы V-11, V-12. В рубашки сепараторов V-11, V-12 подаётся пар 0,5 МПа 

Охлаждение и очистка возвратного газа низкого давления

Возвратный газ низкого давления из отделителей V-9/1,2 поступает в дополнительный отделитель низкого давления V-10, где происходит отделение унесенного вместе с газом полимера. Дополнительный отделитель V-10 оснащён сбросным клапаном поз. 274А, который срабатывает при превышении давления в отделителях низкого давления V-9/1,2 выше 0,6 МПа от аварийного контроллера поз. PIRCSA(BiBo)-2645, 2657 и пружинным предохранительным клапаном на давление срабатывания 1,05 МПа Дополнительный отделитель V-10 имеет рубашку, куда подаётся пар 1,6 МПа. После дополнительного отделения в V-10 возвратный этилен низкого давления через регулирующий клапан поз. 276 поступает в трубопровод возвратного газа низкого давления. Управление клапаном осуществляется через регулятор поз. PIRCSA(BiBo)-2645 или PIRCSA(BiBo)-2657 в зависимости от заданного давления в отделителях низкого давления V-9/1,2. Возвратный этилен низкого давления с давлением до 0,06 МПа проходит сборник низкомолекулярного полиэтилена V-13A, охлаждается в холодильнике Е-11 до температуры (35 ÷ 40) ºС и поступает в ресивер V-1. Температура этилена на выходе из холодильника Е-11 поддерживается регулятором поз. TIRC(Bi)-1047 путем изменения подачи оборотной воды в трубное пространство. Для предотвращения подъёма давления в трубопроводе возвратного газа низкого давления при забивке холодильника Е-11 перед холодильником устанавливают пружинный предохранительный клапан на давление срабатывания 0,2 МПа