涂壁(涂壁剂喷嘴改造)

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第 ４４卷 第 ５期 ２０１６年 ５ 月聚 氯 乙 烯ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＣｈｌｏｒｉｄｅＶｏ１．４４， Ｎｏ．５ Ｍ ａｙ，２０１６涂 壁 剂 喷 嘴 改 造杨 春 苹，王承 辉 ，沈 国莲 （锦 西 工业 学校 ，辽 宁 葫芦 岛 １２５００１）［关 键 词 ］聚 氯 乙烯 ；涂 壁 剂 ；喷 嘴 ；改 造 ［摘 要 ］介 绍 了聚 合 釜 冷 凝 器 涂 壁 剂 的涂 壁 原 理 。指 出 由 于 原 涂 壁 剂 喷 嘴 结 构 存 在 弊 端 ，致 使 喷 射 范 围 不 理 想 ，冷 凝 器 列 管 结 垢 严 重 ；改成 球 形 喷 嘴 后 ，不 仅 达 到 了 预 想 的 设计 效 果 ，而 且 提 高 了 聚 氯 乙烯 树 脂 的 产 量 ，降 低 了 生产 成 本 ，取 得 了 良好 的 经 济 效 益 。 ［中 图分 类 号 ］ＴＱ３２５．３；ＴＱ０５５．８ ［文 献 标 志 码 ］Ｂ ［文 章 编 号 ］１００９～７９３７（２０１６）０５—００４２—０３Ｍ ｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｏｚｚｌｅｓｆｏｒｗ ａｌｌｃｏａｔｉｎｇａｇｅｎｔｓ ＹＡＮ ＧＣｈｕｎｐｉｎｇ ，ＷＡＮ ＧＣｈｅｎｇｈｕｉ，ＳＨＥＮＧｕｏｌｉａｎ （ＪｉｎｘｉＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｃｈｏｏｌ，Ｈｕｌｕｄａｏ１２５００１，Ｃｈｉｎａ）Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ： ＰＶ Ｃ ；ｗ ａｌｌｃｏａｔｉｎｇａｇｅｎｔ；ｎｏｚｚｌｅ；ｍ ｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏａｔ ｉｎｇｐｒ ｉｎｃｉｐｌｅｏｆｗ ａｌｌｃｏａｔｉｎｇａｇｅｎｔｓｆｏｒｃｏｎｄｅｎｓｅｒｓｏｆｐｏｌｙｍ ｅｒｉｚａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒｓｗａｓｉｎ－ ｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｉｔｗ ａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｐｒａｙｒａｎｇｅｗ ａｓｎｏｔｉｄｅａｌｄｕｅｔｏｄｅｆｅｃｔｓｉｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｎｏｚｚｌｅｓ ｆｏｒｗ ａｌｌｃｏａｔｉｎｇａｇｅｎｔｓ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｓｅｖｅｒｅｆｏｕｌｉｎｇｏｎｃｏｎｄｅｎｓｅｒｔｕｂｅｓ； ａｆｔｅｒｔｈｅｎｏｚｚｌｅｓｗ ｅｒｅｒｅｍ ｏｕｌｄｅｄｔｏ ｓｐｈｅｒｉｃａｌｎｏｚｚｌｅｓ，ｎｏｔｏｎｌｙｗ ｅｒｅｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｄｅｓｉｇｎｅｆｅｃｔｓａｃｈｉｅｖｅｄ，ｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅｏｆＰＶ Ｃｒｅｓ－ ｉｎｓｗ ａｓｉｍ ｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣＯＳｔｗａｓｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄｇｏｏｄｅｃｏｎｏｍ ｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．在 聚氯 乙烯 生 产 过 程 中 ，聚 合 釜 冷 凝 器 安 装 在 聚合 釜顶 部 ，在悬 浮 聚 合 反 应 中对 釜 内气 体 起 到 冷 凝 降 温 的作用 ，其 运 行 好 坏 直 接 影 响着 聚 合 釜 内氯 乙烯 的聚 合效 果 ，甚 至 影 响 到 与 聚 合 釜 相 关 联 的 浆 料 泵 、压 缩 机 等设 备 的正 常运行 。
在生 产 过程 中 ，聚 合 釜冷 凝 器最 容易 产 生 粘 壁 现 象 ，不 仅 会 影 响 冷 凝 器 的传 热 系数 、产 品质 量 ，而且 还必 须及 时 开盖 检修 清理 ，降低 了运 转 率 。方 大锦 化 化 工科 技 股 份 有 限 公 司聚 氯 乙烯 生产 采 用 的是 容 积 为 １０５ｍ的 聚合 釜 ，刚投 产 使 用 时 ，冷 凝 器 列 管 内结 垢 频 繁 而 且 严 重 ，从 每 次清 理冷 凝 器 结 垢 情 况 分 析 是 喷嘴 喷 射 范 围不 理想 所致 ，因 而决 定 改 造 冷 凝 器 顶 部 涂 壁 剂 喷 嘴 ，由原来 的直 筒 状 改 为 球 形 。改 造 后 涂 壁 剂 喷 嘴 喷射 压力 、流 量满 足要 求 ，喷 射 效 果 良好 ，涂 壁 剂 涂 布均 匀 ，ＰＶＣ产 量达 到 了设 计能 力 。１ 涂 壁 原 理 简 介涂壁剂是聚氯 乙烯 生产 中必不 可少 的 助剂之 一 ， 它是一 种碱 溶性 高分子 化合物 ，由于其 内部 分子结 构 中有 ｏＨ一 亲水 基 团 ，因此 具 有疏 油 亲水 功效 。聚 合反应前 ，聚合釜冷 凝器 内要 通 入高 温 、高 压水 蒸气 ，涂 壁剂 常温下 为液态 ，被蒸汽 升温雾 化后 与其形 成混合 物进入冷凝器顶部 ，因冷凝器与 聚合釜 相通 ，进而进 入 聚合釜顶 部 。
此 时聚合 釜底 部搅 拌器 启动 ，搅拌 聚合 釜 内气体 形成 反混 气流 ，使 涂壁剂均 匀地 附着 在聚合 釜 内壁 、搅拌挡板及冷凝器 内壁上 ，形 成一层薄 薄 的疏 油 亲水膜 ，从 而完 成 聚合反 应前 的涂 壁工 作。 由于涂 壁 剂具有 疏油 亲水作 用 ，只允许 悬浮 体 系中 的水 接近 聚合釜及冷凝器 内壁 ，排斥氯 乙烯单体 接近 内壁 ，而单 体 引发剂在水 中溶解度很小 ，水相 中很 少有 引发剂 、自 由基 和氯 乙烯单 体 的存 在 ，因此 在水 相 中基 本不 发生 聚合反应 ，即反应生成 的 自由基 难 以接 触 内壁 ，这样 达 到 了防止粘釜及粘冷凝器 的 目的。２ 涂 壁 剂 喷 嘴 改 造 情 况 介 绍２．１ 喷嘴 改造 前 聚合釜 冷凝 器 的 内径 为 １５２４ｍｍ，圆筒 状涂 壁剂 喷嘴 内径 为 ３５ｍｍ，喷 嘴 中心 线 与 冷凝 器 中心 线 相 距 ３００ｍｍ，喷 嘴距 列 管 距 离 为 １９０５ｍｍ。冷 凝 器 管程 列 管 直 径 为 （３８．４６±０．０８）ｍｍ，长 度 为＋ ［收 稿 日期 ］２０１６—０１—２７ ［作 者 简 介 ］杨 春 苹 （１９７６一 ），女 ，高 级 工 程 师 ，高 级 讲 师 ，２０１１年 毕 业 于沈 阳 理 工 大 学 ，机 械 专 业 工 程 硕 士 。
４２第 ５期杨春 苹 等 ：涂 壁 剂 喷嘴 改造２２９０ｍｍ，由 于 圆 筒 状 喷 嘴 自身 结 构 的 问 题 ，向 下 喷射 范 围 小 （图 １所 示 阴 影 部 分 ）。而 且 涂 壁 剂 流 速小 ，冷 凝器 列 管 超 过 ２ｍ涂壁，相 对 较 长 ，列 管 下 部 的 涂壁 剂 涂布 效 果不 好 。在 聚 合 过 程 中 ，生 成 的 自 由 基很 容 易接 近列 管 管壁 ，每 次 聚合反 应后 ，在 列管 内 结垢 ，而且 越积 越厚 ，尤 其在 远离 喷 嘴一侧 的部分 外 围列 管 以及 列管 下 部 。这种 喷 嘴的另 一个 弊 端是 只 能 向下 喷射 ，在 冷凝 器 上 封 头 内壁 上 也 会 有 结 垢 产 生 ，从 而使 每次 清 理冷凝 器 所需 时 间延 长 ，检 修工 时 增加 ，在 很 大程 度 上 影 响 了聚 氯 乙 烯 的 产量 。喷 嘴 改 造前 清 理冷凝 器 情况 见表 １～表 ３。图 １ 改 造 前 喷 嘴 喷 射 范 围Ｆｉｇ．１ Ｓｐｒａｙｒａｎｇｅｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｎｏｚｚｌｅ表 ｌ ２０１４年 清 理 冷 凝 器 情 况 统 计 （聚 合 釜 Ａ）Ｔａｂｌｅ１ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｓｃａｌｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｆｏｒｐｏｌｙｍ ｅｒｉｚａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒＡｉｎ２０１４清 垢 日期 间 隔 釜 次２Ｏ１４ 一Ｏ２ — １６２Ｏ１４ —０４ 一Ｏ２９５２０１４ —０５ — １１９８２０１４ 一Ｏ６ —２Ｏ８９２０１４ 一Ｏ８ —２Ｏ９５２Ｏ１４ — １１ —２６９９检 修 工 时／ｈ１６．５ １６．０ １６．５ １７．０ １６．０ １６．０表 ２ ２０１４年 清 理 冷 凝 器 情 况 统 计 （聚 合 釜 Ｂ）Ｔａｂｌｅ２ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｓｃａｌｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒｆｏｒｐｏｌｙｍ ｅｒｉｚａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒＢｉｎ２０１４表 ３ ２０１４年 清 理 冷 凝 器 情 况 统计 （聚 合 釜 Ｃ）Ｔａｂｌｅ３ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｓｃａｌｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｆｏｒｐｏｌｙｍ ｅｒｉｚａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒＣｉｎ２０１４２．２ 喷嘴 改造 后 改 造后 的球 形 喷嘴 结构 如 图 ２所 示 。

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              12下一页图 ２ 改 造 后 球 形 喷 嘴 示 意 图Ｆｉｇ．２ Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｉｍ ｐｒｏｖｅｄｓｐｈｅｒｉｃａｌｎｏｚｚｌｅ喷嘴 与冷 凝 器 螺 纹 连接 ，以便 于 更换 。外 径 为 ７０ｍｍ，在 球 面上 开孔直 径 为 ３ｍｍ，喷 嘴流 量 ９不 变 ，为 ０．１１ＴＩ。／ｍｉｎ，球 面上所 开孑Ｌ数 计算 如下 。涂壁 剂涂 布效 果 直 接 受 喷 嘴 的 喷 射 范 围影 响 ， 冷凝 器 内 ７６９根 列 管几乎 遍 布整个 管 程 。球形 喷 嘴 喷射 最远 的涂 壁剂 小 液 滴 是从 喷 嘴水 平 喷 出 的 （如 图 ３所示 ），在 球形 喷 嘴 直 径 忽 略不 计 的情 况 下 ，小 液滴 到达 列管 的最 长 时 间 ｔｍａｘ为 ：ｔ ＝（２．ｓ１／ｇ） ＝（２×１．９０５÷９．８） ＝０．６２４ （ｓ）。式 中 ：Ｓ，为喷 嘴距 离列 管距 离 ，１．９０５ＩＴＩ；ｇ为重 力 加速度 ，９．８ｍ／ｓ。由于冷 凝器 内列 管 几乎 遍 布 整 个 管 程 （内径 为 １．５２４ｍ），为 保 证 良好 的 涂 布 效 果 ，喷 嘴 最 远 喷 射 范 围为 管程 远离 喷 嘴 一 侧 的外 边 缘 ，在 忽 略各 种 阻 力 的情 况下 ，水平 喷 出 的小 液 滴 可 以认 为是 平 抛 运 动 的物 体 。
为 了保证 小液 滴在 落 到管程 之 前到 达管 程 远离 喷嘴 一 侧 的外 边 缘 ，其 最 小 水 平 初 速度 为 ：ｓ２／ｔ １．０６２÷０．６２４ １．７０２ （ｍ／ｓ）。 式 中 ：ｓ，为 喷 嘴距 冷凝 器 内壁 最 远 距 离 （球 径 忽 略 ），其值 为 （１．５２４÷２＋０．３００） ＝１．０６２（ｍ）。 因此可 计算 出理论 开孔数 Ⅳ１： Ｑ Ｖｍ ×（Ｓ０００３×ＮＬ）； ＮＬ Ｑ／（ＶｍＸＳ０㈣ ） （０．１÷６０）÷（１．７０２Ｘ １Ｔ／４ｘ０．００３）＝１３８（个 ）。 考 虑 到冷凝 器列 管 较长 及涂 壁剂 喷射 过程 中各 种 阻力 的影 响 ，开 孑Ｌ率 控 制 在 ８０％ ，起 到增 压 和 流 速变 大 的作 用 ，则 实际 开孔数 为 ： Ｎ ｓ＝ＮＩ ×８０％ ＝１３８×８０％ ＝１１０（个 ）。．为了减少上封 头 内壁结垢 ，在球形 喷嘴 上球 面开 孔 数为 ３２个 （占３０％ ）均布 ，其余孔在下球面均布。４３聚 氯 乙 烯２０１６年图 ３ 小 液 褥 运 行 路 线 图 Ｆｉｇ．３ Ｍ ｏｖｅｍ ｅｎｔｒｏｕｔｅｏｆｌｉｑｕｉｄｄｒｏｐｌｅｔ３ 喷 嘴 改 造 后 冷 凝 器 运 行 情 况聚合 釜 冷 凝 器 喷 嘴 由直 筒 状 改 为 球形 后 ，冷 凝 器 运行 情 况 良好 。
近期 清垢 情 况见 表 ４～表 ６，从 中 可 以看 出 ：喷 嘴改 造减 轻 了列 管结垢 程 度 ，使每 次 清 理 冷凝 器 的检 修时 间缩 短 ，清垢 周 期也 相对 延 长 ，达 到 了预 想 的设计 效 果 。表 ４ ２０１５年 清 理 冷 凝 器 情 况 统 计 （聚 合 釜 Ａ）Ｔａｂｌｅ４ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｓｃａｌｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｆｏｒｐｏｌｙｍ ｅｒｉｚａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒＡｉｎ２０１５表 ５ ２０１５年 清 理 冷 凝 器 情 况 统 计 ｆ聚 合 釜 Ｂ）Ｔａｂｌｅ５ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｓｃａｌｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｆｏ ｒｐｏｌｙｍ ｅｒｉｚａｔｉｏｎｒｅａｃｔｏｒＢｉｎ２０１５清 垢 日期 间 隔 釜 次检 修 工 时／ｈ表 ６ ２０１５年 清 理 冷 凝 器 情 况 统 计 （聚 合 釜 Ｃ）Ｔａｂｌｅ６ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｄｅｓｃａｌｉｎｇｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｆｏ ｒｐｏｌｙｍ ｅｒｉｚａｔ ｉｏｎｒｅａｃｔｏｒＣｉｎ２０１５４ 喷 嘴 改 造所 带 来 的经 济 效 益４．１ 节 约 能 耗 聚合釜冷 凝器与 聚合 釜相 通 ，内部 有 氯 乙烯 单 体等有毒气体 ，为 了保证安全 开盖检 修 ，在每 次清理冷 凝 器 前要 向其 内部通 入大 量氮气涂壁，以置换 出 内部 的不 凝气体 。
为保证安全 ，通 常需要置 换 ２遍 氮气 ，共 需氮气 ２００ｍ 。 改造 前 每 台 冷 凝 器 每 年 清 垢 ５～６次 ，改 造 后。每年清垢 ４次 。氮气价格 为 ３．２ ｍ，以每 台冷凝 器 每年清垢 减少 ２次计 算 ，３台冷 凝 器可 节 约 氮气 费 用 为 ：３．２ｘ２００×２ｘ３＝３８４０（：￣ｒＶａ）。 在清 理 冷凝 器 列 管 时 ，需 要 用 高 压 水 枪 将 ７６９ 根 列 管逐 一 打通 ，打通 １根列 管需 要 １０ｓ，水 通 过 高 压 清 洗水 泵供 应 ，流 量 为 ２４．６ｋ ｓ，改 造 后 每 台 冷 凝 器 每年 清垢 可 减少 ２次 ，工业 水 ＋排 污 费约 ４元／ ｔ，则 ３台冷凝 器节 水 费用 为 ： ４×（２４．６ ×７６９ ×１０÷１０００）×２ ×３＝４５４０ （元 ／ａ）。 ４．２ 降低 检 修 费用 每次 清 理冷 凝器 都需 要检 修 管工 和专 业 清釜 人 员 配 合作业 ，喷嘴 改 造 后 ，每次 检 修 工 时减 少 ，检 修 周 期延 长 ，从 而 降 低 了冷 凝 器 检 修 费 用 ；喷 嘴 改 造 前 ，需 要经 常 开启 聚合 釜 釜盖 ，导致 冷凝 器 封 头缠绕 垫 片磨 损 加速 ，分 析 人 员 还 要 取 样 分 析 冷 凝 器 内 不 凝 气体 成 分 ，另外 还有 喷枪 、管 道 泵和 高压 清洗 水 泵 中易损 件 的损 耗 ，此项 费用 无 法具 体估 算 。
４．３ 提 高产 量 喷嘴 改造 后 ，每 台冷凝 器 每年 平均 清垢 ４次 ，比 改 造前 减 少 ２次 ，每 次 清垢需 要 １５ｈ，检 修 工 时 比改 造 前也 节 省 了约 １ｈ，因此可计 算 ３台冷凝 器每 年可 以减少 检修 时间为 ： （１６×６—１５×４）×３：１０８ （ｈ）。 通 常 聚合 釜从 人 料 、聚合反 应 到卸 料完 成 ，整个 过 程需 要 ８ｈ左 右 ，以此计 算 ，每年 至少 可 多反 应 １３ 釜 料 ，每釜 反应 可 生产 聚氯 乙烯 树 脂 约 ３５ｔ，每 年 可 多 产 出树脂 ４５５ｔ。５ 总 结 此 项改 造投 资少 、见 效 快 ，采用 球形 涂壁 剂 喷 嘴解决 了聚合 釜冷 凝 器 因喷 嘴喷 射范 围不 理 想而 易结 垢 的弊 端 ，减少 了釜 顶 冷凝 器 的检修 时 间 ，相应 带来 水 、电和氮 气等 能耗 及 检修 费用 的降低 ，不 仅在 一定 程 度上 降低 了聚氯 乙烯 树 脂 的生 产 成 本 ，而且 使 其 年产 量增 加 了 ４００ｔ以上 ，给企业 了带来 了可观 的经 济效 益 。［编 辑 ：陈 立春 ］４４

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