1 概述

聚丙烯是一種熱塑性樹脂，機械性能及熱性能優良，且無毒、易加工、絕緣性好，是五大通用合成樹脂之一，在工業、民用塑料領域有著廣泛的應用。

氣相法聚丙烯工藝，工藝流程短，產品范圍寬，反應器可通過串聯、并聯配合專用的催化劑，可生產均聚物、無規共聚物、抗沖共聚物等各種牌號的聚丙烯產品，在聚丙烯領域具有重要的市場地位。氣相法聚丙烯工藝流程主要包含丙烯精制、丙烯進料、催化劑及助劑進料、聚合反應、粉料出料及輸送、擠壓造粒等環節。催化劑進料系統是聚丙烯裝置較重要的系統之一，物料組分復雜、性質特殊，在儀表選型，安裝等方面有特殊的要求。

 

2 催化劑進料系統簡介

催化劑進料速度決定了丙烯聚合速度，進料系統實現了催化劑的卸料、配制及計量、反應器注入催化劑等功能。催化劑桶裝進廠，在滾筒器充分均勻混合后注入催化劑卸料罐，并在催化劑配置罐中與丙烯混合、攪拌 ；然后使用高壓氮氣加壓催化劑配制罐，在與計量罐達到壓力平衡后將催化劑與丙烯的混合漿料通過重力輸送至催化劑計量罐。為保持催化劑漿料的懸浮狀態，催化劑配制罐、催化劑計量罐均使用攪拌器連續攪拌 ；系統循環管線使用隔膜泵對催化劑漿料進行循環。在催化劑循環管線上，引出一路催化劑漿料注入管線，通過計量泵后輸送注入聚丙烯反應器。催化劑進料系統如圖1所示。

3 儀表工程設計

催化劑進料系統，在配制罐及計量罐上設有液位計、壓力變送器、溫度計及出料閥 ；在管線上設有壓力變送器、流量計。催化劑計量罐后循環管線及催化劑注入反應器的管線均采用卡套管（tube 管），管線上的流量計、壓力表、閥門均采用卡套過程連接，管道布置上要求盡量短，彎曲半徑至少5倍管徑，無液兜。催化劑進料系統物料為粉末狀催化劑與液態丙烯的混合物，混合物呈漿料狀態，易沉積、黏結。在催化劑進料過程中需保持催化劑顆粒處于懸浮態，避免催化劑顆粒堆積，因此進料系統內部要求盡量保持光滑、無死區，同時還要完成溫度、壓力、流量、物位的精確測量。

3.1 氣動閥門

催化劑配制罐出口閥。常規球閥由于存在法蘭接管及閥球腔體，會造成配制罐的出料口物料堆積，無法滿足設計要求。采用釜底閥可以有效解決以上問題。釜底閥有多種形式，按照開啟方向不同可分為上展式和下展式。上展式釜底閥開啟時閥芯向上運動，下展式釜底閥開啟時閥芯向下運動。由于計量罐內設有攪拌器，在此選用下展式釜底閥。

閥門采用硬密封金屬閥座，安裝時閥座伸入設備法蘭中，消除了法蘭接管這段死區 ；閥芯選用柱塞式，開啟式柱塞向下運動，結構如圖2所示。為抵御固體催化劑顆粒對閥門組件的磨損，延長使用壽命，閥座與閥芯均堆焊斯泰萊合金硬化處理。閥門出料角度選擇為60°，若配管空間允許可采用45°出料角形式。設備與釜底閥的法蘭接口設計為 PAD 法蘭，可以減少法蘭接管長度，避免形成死區。法蘭方向為設備底部的法線方向，這種設計可以保證釜底閥關閉時閥芯與設備內壁平齊。

循環管線及注入管線開關閥。閥門選用卡套球閥，由卡套閥廠家集成氣動執行機構、電磁閥、限位開關等附件。閥門使用全通徑設計，過程連接盡量選用卡套直接連接，避免由螺紋轉接卡套，造成系統內部粗糙。

3.2 溫度儀表

催化劑配制罐和計量罐底部的溫度變送器，測溫元件選用雙支 Pt100熱電阻，帶有溫度計套管。由于設備內設有攪拌器，溫度計套管端部與設備內壁平齊，不可突出設備內壁高度。為盡量減少溫度計法蘭接管部分的死區，設備法蘭設計為 PAD 法蘭。

3.3 液位儀表

催化劑配制罐上設有兩套液位計，催化劑計量罐設有一套液位計。液位計均選用雙法蘭差壓變送器，液位計膜片采用延長型，液位計不設根部截止閥。

雙法蘭差壓變送器的高壓側設備法蘭采用 PAD 法蘭，長度應盡量短并且使液位計膜片與設備內壁平齊 ；低壓側不接觸催化劑漿料，安裝不需特殊結構設計。法蘭方向為設備底部的法線方向，可進一步減小設備內的死區。

3.4 壓力儀表

催化劑配制罐和計量罐的壓力儀表位于設備上部，介質主要為丙烯及氮氣，不與催化劑漿料介質接觸。采用普通延長型隔膜密封壓力變送器，由于不接觸催化劑漿料介質，安裝時無特殊結構設計。

催化劑進料管線上的壓力儀表要求無物料堆積、無死區。采用特殊隔膜密封壓力變送器，密封膜片采用圓筒式化學密封，如圖3所示。

密封膜片呈環形，與管道直接一體式安裝，導壓管內填充硅油。壓力測量時，被測介質推動環形膜片，壓力由硅油通過毛細管傳遞至壓力變送器。由于不需要在管道上設置取壓口，消除了固體催化劑堆積的可能。

3.5 流量儀表

流量儀表選用天然氣流量計。天然氣流量計測量管形狀分為“U”型管、“Ω”型管、微彎管、直管。在催化劑進料管線上，選用單管、直管天然氣流量計。通常，天然氣流量計測量管材質為316L、哈氏合金等材質。但被測介質含有固體顆粒，并且單直管天然氣流量計由于起振困難，本身管壁設計比較薄，為抵御催化劑顆粒對測量管的磨損提高流量計使用壽命，測量管選用鈦合金材質。流量計安裝位置應避開強震動場合。

 

4 結束語

聚丙烯裝置催化劑進料系統的儀表系統，通過采用隔膜密封型壓力、液位儀表，下展式柱塞型釜底閥 ；PAD 法蘭型儀表安裝，直測量管形式的天然氣流量計，實現了系統的無死區設計，實現了工藝參數的精確測量，為聚丙烯裝置長期安全穩定運行奠定基礎。