摘 要 ：介绍了气相法聚丙烯装置催化剂进料系统，针对工艺介质含有固体催化剂颗粒的特点，选用下展式釜底阀、隔膜密封压力仪表、直管天然气流量计，并且对仪表安装方式进行优化，实现了仪表系统的无死区设计，取得了较好的应用效果。
1 概述
聚丙烯是一种热塑性树脂，机械性能及热性能优良，且无毒、易加工、绝缘性好，是五大通用合成树脂之一，在工业、民用塑料领域有着广泛的应用。
气相法聚丙烯工艺，工艺流程短，产品范围宽，反应器可通过串联、并联配合专用的催化剂，可生产均聚物、无规共聚物、抗冲共聚物等各种牌号的聚丙烯产品，在聚丙烯领域具有重要的市场地位。气相法聚丙烯工艺流程主要包含丙烯精制、丙烯进料、催化剂及助剂进料、聚合反应、粉料出料及输送、挤压造粒等环节。催化剂进料系统是聚丙烯装置较重要的系统之一，物料组分复杂、性质特殊，在仪表选型，安装等方面有特殊的要求。
2 催化剂进料系统简介
催化剂进料速度决定了丙烯聚合速度，进料系统实现了催化剂的卸料、配制及计量、反应器注入催化剂等功能。催化剂桶装进厂，在滚筒器充分均匀混合后注入催化剂卸料罐，并在催化剂配置罐中与丙烯混合、搅拌 ；然后使用高压氮气加压催化剂配制罐，在与计量罐达到压力平衡后将催化剂与丙烯的混合浆料通过重力输送至催化剂计量罐。为保持催化剂浆料的悬浮状态，催化剂配制罐、催化剂计量罐均使用搅拌器连续搅拌 ；系统循环管线使用隔膜泵对催化剂浆料进行循环。在催化剂循环管线上，引出一路催化剂浆料注入管线，通过计量泵后输送注入聚丙烯反应器。催化剂进料系统如图1所示。
3 仪表工程设计
催化剂进料系统，在配制罐及计量罐上设有液位计、压力变送器、温度计及出料阀 ；在管线上设有压力变送器、流量计。催化剂计量罐后循环管线及催化剂注入反应器的管线均采用卡套管（tube 管），管线上的流量计、压力表、阀门均采用卡套过程连接，管道布置上要求尽量短，弯曲半径至少5倍管径，无液兜。催化剂进料系统物料为粉末状催化剂与液态丙烯的混合物，混合物呈浆料状态，易沉积、黏结。在催化剂进料过程中需保持催化剂颗粒处于悬浮态，避免催化剂颗粒堆积，因此进料系统内部要求尽量保持光滑、无死区，同时还要完成温度、压力、流量、物位的精确测量。
3.1 气动阀门
催化剂配制罐出口阀。常规球阀由于存在法兰接管及阀球腔体，会造成配制罐的出料口物料堆积，无法满足设计要求。采用釜底阀可以有效解决以上问题。釜底阀有多种形式，按照开启方向不同可分为上展式和下展式。上展式釜底阀开启时阀芯向上运动，下展式釜底阀开启时阀芯向下运动。由于计量罐内设有搅拌器，在此选用下展式釜底阀。
阀门采用硬密封金属阀座，安装时阀座伸入设备法兰中，消除了法兰接管这段死区 ；阀芯选用柱塞式，开启式柱塞向下运动，结构如图2所示。为抵御固体催化剂颗粒对阀门组件的磨损，延长使用寿命，阀座与阀芯均堆焊斯泰莱合金硬化处理。阀门出料角度选择为60°，若配管空间允许可采用45°出料角形式。设备与釜底阀的法兰接口设计为 PAD 法兰，可以减少法兰接管长度，避免形成死区。法兰方向为设备底部的法线方向，这种设计可以保证釜底阀关闭时阀芯与设备内壁平齐。
循环管线及注入管线开关阀。阀门选用卡套球阀，由卡套阀厂家集成气动执行机构、电磁阀、限位开关等附件。阀门使用全通径设计，过程连接尽量选用卡套直接连接，避免由螺纹转接卡套，造成系统内部粗糙。
3.2 温度仪表
催化剂配制罐和计量罐底部的
温度变送器，测温元件选用双支 Pt100热电阻，带有温度计套管。由于设备内设有搅拌器，温度计套管端部与设备内壁平齐，不可突出设备内壁高度。为尽量减少温度计法兰接管部分的死区，设备法兰设计为 PAD 法兰。
3.3 液位仪表
催化剂配制罐上设有两套液位计，催化剂计量罐设有一套液位计。液位计均选用双法兰差压变送器，液位计膜片采用延长型，液位计不设根部截止阀。
双法兰差压变送器的高压侧设备法兰采用 PAD 法兰，长度应尽量短并且使液位计膜片与设备内壁平齐 ；低压侧不接触催化剂浆料，安装不需特殊结构设计。法兰方向为设备底部的法线方向，可进一步减小设备内的死区。
3.4 压力仪表
催化剂配制罐和计量罐的压力仪表位于设备上部，介质主要为丙烯及氮气，不与催化剂浆料介质接触。采用普通延长型隔膜密封压力变送器，由于不接触催化剂浆料介质，安装时无特殊结构设计。
催化剂进料管线上的压力仪表要求无物料堆积、无死区。采用特殊隔膜密封压力变送器，密封膜片采用圆筒式化学密封，如图3所示。
密封膜片呈环形，与管道直接一体式安装，导压管内填充硅油。压力测量时，被测介质推动环形膜片，压力由硅油通过毛细管传递至压力变送器。由于不需要在管道上设置取压口，消除了固体催化剂堆积的可能。
3.5 流量仪表
流量仪表选用天然气流量计。
天然气流量计测量管形状分为“U”型管、“Ω”型管、微弯管、直管。在催化剂进料管线上，选用单管、直管天然气流量计。通常，天然气流量计测量管材质为316L、哈氏合金等材质。但被测介质含有固体颗粒，并且单直管天然气流量计由于起振困难，本身管壁设计比较薄，为抵御催化剂颗粒对测量管的磨损提高流量计使用寿命，测量管选用钛合金材质。流量计安装位置应避开强震动场合。
4 结束语
聚丙烯装置催化剂进料系统的仪表系统，通过采用隔膜密封型压力、液位仪表，下展式柱塞型釜底阀 ；PAD 法兰型仪表安装，直测量管形式的天然气流量计，实现了系统的无死区设计，实现了工艺参数的精确测量，为聚丙烯装置长期安全稳定运行奠定基础。
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