CN110183557B - 聚乙烯装置的停工控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚烯烃生产领域，公开了一种聚乙烯装置的停工控制方法和系统，方法包括：修改反应器自动停工的触发程序，控制反应器在接收到引发剂泵的故障信号时旁路反应器自动停工的触发程序；当发生第二阶段聚合反应的反应区引发剂泵故障时，按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，使故障反应区及位于故障反应区下游的反应区中的聚合反应终止。根据本发明方案，可避免因引发剂泵故障触发反应器的自动停工操作，停止故障反应区和下游反应区中的聚合反应，但不影响该故障反应区上游的反应区中的聚合反应正常发生，从而降低了反应器和聚乙烯装置的停工次数，提高了运行周期。

Description

聚乙烯装置的停工控制方法和系统

技术领域

本发明涉及聚烯烃生产领域，具体涉及聚乙烯装置的停工控制方法和系统。

背景技术

高压低密度聚乙烯一般采用管式法或釜式法两种生产工艺，而管式法装置因单套处理能力大、能耗低等特点，实际使用范围更加普遍。在高压低密度聚乙烯的生产工艺中，因其高温(反应温度为300-310℃)、高压(反应压力为260-270MPa)等特点，为了保证装置、系统安全性，常需要设置很多联锁点(600-700点)，其中，高压、超高压设备包括一次、二次压缩机、引发剂泵、高压分离器等，由于设备长期在高压、超高压等苛刻工况下运行，导致其故障率高，高压低密度聚乙烯装置的运行周期短。

在对国内的同类装置调研中发现，高压低密度聚乙烯装置的单周期运行最长时间在200天左右，年平均停工次数在20次左右，单套装置最多停工次数超过100次。通过对比，同类装置之间因工艺控制、设备维护等因素的影响，其运行周期及停工次数不同导致装置的物耗、能耗相差较大。

影响高压聚乙烯装置物耗、能耗的主要因素是停工物料排放、停工期间设备空转及开工废料的生成，因此保证装置稳定、长周期运行，尽可能减少停工次数是降低物耗、能耗、增加经济效益的根本措施。通过对高压聚乙烯装置的历次停工统计及原因分析，研究人员发现因引发剂泵故障导致的停工占比较高。以管式反应器为例，管式反应器有四个反应区管，且每个反应区管都设置有引发剂泵，任一个引发剂泵故障都会导致管式反应器全线停工，进而导致聚乙烯装置在实际生产工艺中的停工次数增加。由于引发剂泵的出口压力超高(出口压力为300-320MPa)，且柱塞泵、单向阀及相位检测装置等零部件损坏和故障率高，很难从机械角度根本性地解决停工的问题，因此，需要提供一种聚乙烯装置的停工控制方法，以解决因引发剂泵故障导致聚乙烯装置停工次数多的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的因引发机泵故障导致聚乙烯装置停工次数多的问题，提供一种聚乙烯装置的停工控制方法和系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种聚乙烯装置的停工控制方法，所述聚乙烯装置的反应器包括发生第一阶段聚合反应的若干个反应区和发生第二阶段聚合反应的若干个反应区，每个反应区的入口处设置有引发剂泵，本发明提供的停工控制方法包括：

修改反应器自动停工的触发程序，控制反应器在接收到引发剂泵的故障信号时旁路反应器自动停工的触发程序；

当发生第二阶段聚合反应的反应区的引发剂泵故障时，按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，所述下游引发剂泵为处于所述故障引发剂泵所在的故障反应区下游的反应区中的引发剂泵，使所述故障反应区及位于所述故障反应区下游的反应区中的聚合反应终止。

优选地，所述方法还包括：

在按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵时，打开聚乙烯装置与烯烃分离装置之间的物料控制阀门，将所述聚乙烯装置中未反应的物料回收至所述烯烃分离装置。

优选地，发生第一阶段聚合反应的反应区包括设置有第一引发剂泵的第一反应区和设置有第二引发剂泵的第二反应区，发生第二阶段聚合反应的反应区包括设置有第三引发剂泵的第三反应区和设置有第四引发剂泵的第四反应区；

当第四引发剂泵故障时，关闭第四引发剂泵以停止第四反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵和第三引发剂泵正常工作；

当第三引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵以停止第四反应区和第三反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵正常工作。

优选地，当第一引发剂泵或第二引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵、第二引发剂泵和第一引发剂泵以停止各个反应区的聚合反应。

本发明第二方面提供了一种聚乙烯装置的停工控制系统，所述系统包括：

程序控制单元，用于修改反应器自动停工的触发程序，以控制反应器在接收到引发剂泵的故障信号时旁路反应器自动停工的触发程序；

聚合反应控制单元，用于当发生所述第二阶段聚合反应的反应区的引发剂泵故障时，按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，所述下游引发剂泵为处于所述故障引发剂泵所在的故障反应区下游的反应区中的引发剂泵，使所述故障反应区及位于所述故障反应区下游的反应区中的聚合反应终止。

优选地，所述系统还包括物料控制单元，用于在按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵时，打开聚乙烯装置与烯烃分离装置之间的物料控制阀门，将所述聚乙烯装置中未反应的物料回收至所述烯烃分离装置。

优选地，发生第一阶段聚合反应的反应区包括设置有第一引发剂泵的第一反应区和设置有第二引发剂泵的第二反应区，发生第二阶段聚合反应的反应区包括设置有第三引发剂泵的第三反应区和设置有第四引发剂泵的第四反应区；

其中，所述聚合反应控制单元包括：

第一处理单元，用于当第四引发剂泵故障时，关闭第四引发剂泵以停止第四反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵和第三引发剂泵正常工作；

第二处理单元，用于当第三引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵以停止第四反应区和第三反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵正常工作。

优选地，所述聚合反应控制单元还包括：

停工控制单元，用于当第一引发剂泵或第二引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵、第二引发剂泵和第一引发剂泵以停止各个反应区的聚合反应。

本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的停工控制方法。

根据上述技术方案，本发明通过对反应器自动停工的触发程序进行旁路控制，避免了因引发剂泵故障触发反应器的自动停工操作，并且，当反应器中发生第二阶段聚合反应的反应区的引发剂泵故障时，通过按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，依次停止下游反应区和故障反应区中的聚合反应，但不影响该故障反应区上游的反应区中的聚合反应正常发生，从而降低了反应器和聚乙烯装置的停工次数，提高了运行周期。

附图说明

图1为本发明提供的聚乙烯装置的工艺流程示意图；

图2为本发明提供的聚乙烯装置的停工控制系统的结构示意图。

附图标记说明

如图1所示，1-第一反应区；2-第二反应区；3-第三反应区；4-第四反应区；5-聚合物分离装置；6-压缩装置；7-烯烃分离装置；8-物料控制阀门；物料储存罐9；10-第一引发剂泵；20-第二引发剂泵；30-第三引发剂泵；40-第四引发剂泵。

如图2所示，100-程序控制单元；200-聚合反应控制单元；300-物料控制单元；201-第一处理单元；202-第二处理单元；203-停工控制单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

高压聚乙烯装置主要由压缩、聚合、分离和造粒单元组成。反应物料乙烯经压缩机加压到聚合反应所需的压力后进入反应器，根据本发明一种优选的实施方式，聚乙烯装置的管式反应器包括四个反应区，其中，每个反应区的入口处均设置有引发剂泵，引发剂泵用于连续向反应区内注入配置好的引发剂溶液，引发物料在反应区内进行高压聚合反应。可选的，引发剂为不同种类的过氧化物。

如图1所示，反应器的反应区从上游到下游依次为第一反应区1、第二反应区2、第三反应区3和第四反应区4，其中，第一反应区1的入口处设置有第一引发剂泵10，第二反应区2的入口处设置有第二引发剂泵20，第三反应区3的入口处设置有第三引发剂泵30，第四反应区4的入口处设置有第四引发剂泵40。按照一个具体的实施方式，第一阶段聚合反应在反应器的第一反应区1和第二反应区2中发生，第二阶段聚合反应在反应器的第三反应区3和第四反应区4中发生。

按照反应流程，物料储存罐9中储存的原料乙烯经压缩装置6加压到聚合反应所需压力后，进入第一反应区1，第一反应区1中的反应物料由第一引发剂泵10注入的引发剂引发，在第一反应区1中发生聚合反应，第一反应区1中得到的反应产物和未反应的物料再进入第二反应区2中，由第二引发剂泵20注入的引发剂继续引发聚合反应，以此类推，直至第四反应区4中流出最终聚合产物与尚未反应的物料的混合物。

在现有技术中，由于反应器的任一个引发剂泵的故障信号将触发反应器自动停工，从而导致反应器和聚乙烯装置停工次数多，运行周期短。为解决上述技术问题，本发明提供了一种聚乙烯装置的停工控制方法，该方法包括以下步骤：

修改反应器自动停工的触发程序，控制反应器在接收到引发剂泵的故障信号时旁路反应器自动停工的触发程序；

当发生第二阶段聚合反应的反应区的引发剂泵故障时，按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，该下游引发剂泵为处于故障引发剂泵所在的故障反应区下游的反应区中的引发剂泵，使故障反应区及位于故障反应区下游的反应区中的聚合反应终止。

为满足聚合反应的生产工艺特点并保证设备、人员的安全，聚乙烯装置在正常的操作工况下具有联锁保护功能，引发剂泵故障将触发聚乙烯装置的反应器自动停工。根据本发明一种优选的实施方式，通过研究引发剂泵与反应器停工逻辑之间的控制关系，在反应器自动停工的DCS逻辑程序中，切除引发剂泵故障与反应器停工逻辑之间不必要的联锁，通过在停工触发程序中增设软旁路，并设置旁路开关，当旁路开关闭合时，断开联锁控制，使得反应器在接收到引发剂泵的故障信号时旁路反应器自动停工的触发程序，也即引发剂泵的故障信号不再触发反应器自动停工。可选的，该旁路开关可以为外接实体设备或虚拟开关，或者任意可实现触发程序旁路的操作方法或装置。

根据本发明一种优选的实施方式，当发生第二阶段聚合反应的反应区，例如第三反应区3或第四反应区4的引发剂泵发生故障时，关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，本发明中故障引发剂泵对应的反应区即为故障反应区，下游引发剂泵为位于故障反应区工艺下游的其他反应区中的引发剂泵，使得故障反应区及其下游的其他反应区中的聚合反应终止，而保持故障反应区工艺上游的反应区的聚合反应正常发生，反应器不停工。优选地，引发剂泵的关闭顺序为从下游到上游。

具体地，在引发剂泵故障时，反应器的停工控制方法为：

当第四引发剂泵故障时，关闭第四引发剂泵以停止第四反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵和第三引发剂泵正常工作；

当第三引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵以停止第四反应区和第三反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵正常工作。

当第一引发剂泵或第二引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵、第二引发剂泵和第一引发剂泵以停止各个反应区的聚合反应。

在本发明中，通过旁路控制避免因引发剂泵故障导致反应器自动停工，并且，当引发剂泵故障时采用上述操作方法停止故障反应区和下游反应区中的聚合反应，而上游反应区中的聚合反应正常进行，在保证产品质量的前提下尽可能减少因引发剂泵故障导致反应器的停工次数。

如图1所示，由于第四反应区4的出口连接到聚合物分离装置5，聚合物分离装置5用于分离从第四反应区4流出的聚合物和未反应的物料，并将该未反应的物料通过物料循环系统的管道返回到压缩装置6的入口。同时，聚乙烯装置与其上游的烯烃分离装置7之间设置有物料控制阀门8，具体在压缩装置6的入口处设置有连通烯烃分离装置7的物料输送管道，并通过物料控制阀门8控制该物料输送管道的开启或关闭。根据本发明一种优选的实施方式，在按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵时，打开聚乙烯装置与烯烃分离装置7之间的物料控制阀门8，将聚乙烯装置中未反应的物料与其他产物的混合物回收至烯烃分离装置7，再通过烯烃分离装置7从混合物中分离出可用的原料，并输送到物料储存罐9中再次投入生产，减少物料损耗。

如图2所示，本发明还提供了一种聚乙烯装置的停工控制系统，该系统包括：

程序控制单元100，用于修改反应器自动停工的触发程序，以控制反应器在接收到引发剂泵的故障信号时旁路反应器自动停工的触发程序。

聚合反应控制单元200，用于当发生所述第二阶段聚合反应的反应区的引发剂泵故障时，按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，该下游引发剂泵为处于故障引发剂泵所在的故障反应区下游的反应区中的引发剂泵，使故障反应区及位于故障反应区下游的反应区中的聚合反应终止。

根据本发明一种优选的实施方式，该系统还包括物料控制单元300，用于在按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵时，打开聚乙烯装置与烯烃分离装置之间的物料控制阀门，将聚乙烯装置中未反应的物料回收至烯烃分离装置。

在本发明中，发生第一阶段聚合反应的反应区包括设置有第一引发剂泵的第一反应区和设置有第二引发剂泵的第二反应区，发生第二阶段聚合反应的反应区包括设置有第三引发剂泵的第三反应区和设置有第四引发剂泵的第四反应区。

根据本发明一种优选的实施方式，聚合反应控制单元200包括：

第一处理单元201，用于当第四引发剂泵故障时，关闭第四引发剂泵以停止第四反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵和第三引发剂泵正常工作。

第二处理单元202，用于当第三引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵以停止第四反应区和第三反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵正常工作。

停工控制单元203，用于当第一引发剂泵或第二引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵、第二引发剂泵和第一引发剂泵以停止各个反应区的聚合反应。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的停工控制方法。

对比例1

在现有聚乙烯装置的反应器中，第一引发剂泵10、第二引发剂泵20、第三引发剂泵30和第四引发剂泵40中的任一个发生故障均导致反应器自动停工，各个反应区的聚合反应全部终止。反应器的停工次数多，运行周期短，反应器中未反应的物料直接排放到火炬系统，导致物耗、能耗高。

实施例1

当第四引发剂泵40故障时，维持稳定工况下的反应温度和压力不变，优选地，反应温度为270-330℃，反应压力220-300MPa，将第四引发剂泵40关闭，停止第四反应区4的聚合反应，而保持第一引发剂泵10、第二引发剂泵20、第三引发剂泵30正常工作，第一反应区1、第二反应区2和第三反应区3的聚合反应正常发生，反应器不停工，得到的聚合产物和未反应的物料从第四反应区4的出口流出。

从第四反应区4的出口流出的混合物进入聚合物分离装置5，该聚合物分离装置5包括高压分离器和低压分离器，用于从混合物中分离聚合产物和未反应的物料，并将未反应的物料通过循环系统返回到压缩装置6的入口处，同时，打开聚乙烯装置上的用于连通上游烯烃分离装置7的管道控制阀门8，将该未反应的物料回收到烯烃分离装置7中，减少物料损耗。

实施例2

当第三引发剂泵30故障时，维持稳定工况下的反应温度和压力不变，优选地，反应温度为270-330℃，反应压力220-300MPa，依次关闭第四引发剂泵40、第三引发剂泵30，以停止第四反应区4、第三反应区3的聚合反应，而保持第一引发剂泵10、第二引发剂泵20正常工作，第一反应区1和第二反应区2中的聚合反应正常发生，反应器不停工，得到的聚合产物和未反应的物料从第四反应区4的出口流出。

从第四反应区4的出口流出的混合物进入聚合物分离装置5，该聚合物分离装置5包括高压分离器和低压分离器，用于从混合物中分离聚合产物和未反应的物料，并将未反应的物料通过循环系统返回到压缩装置6的入口处，同时，打开聚乙烯装置上的用于连通上游烯烃分离装置7的管道控制阀门8，将该未反应的物料回收到烯烃分离装置7中，减少物料损耗。

实施例3

当第一引发剂泵10或第二引发剂泵20故障时，维持稳定工况下的反应温度和压力不变，优选地，反应温度为270-330℃，反应压力220-300MPa，依次关闭第四引发剂泵40、第三引发剂泵30、第二引发剂泵20和第一引发剂泵10，停止各个反应区的聚合反应，此时反应器停工，得到的聚合产物和未反应的物料从第四反应区4的出口流出。

从第四反应区4的出口流出的混合物进入聚合物分离装置5，该聚合物分离装置5包括高压分离器和低压分离器，用于从混合物中分离聚合产物和未反应的物料，并将未反应的物料通过循环系统返回到压缩装置6的入口处，同时，打开聚乙烯装置上的用于连通上游烯烃分离装置7的管道控制阀门8，将该未反应的物料回收到烯烃分离装置7中，减少物料损耗。

从上述实施例可以看出，与对比例1不同的是，根据本发明提供的控制方法，仅当第一引发剂泵或第二引发剂泵故障才会导致反应器停工，而第三引发剂泵和/或第四引发剂泵故障时都不会导致反应器停工，由于第一反应区和第二反应区中的聚合反应正常发生，因而在保证聚合产物质量的条件下显著改善了反应器的自动停工的情况，延长了运行周期。

根据本发明提供的方法，可以获得以下技术效果：

(1)通过控制不同反应区的聚合反应发生，在保证聚合产物质量的情况下，尽可能减少反应器停工的次数，提高反应器的运行周期；

(2)改善了物料的排放方式，将未反应的系统物料返回到上游的烯烃分离装置中回收，减少了物料损耗和能源损耗，提高了经济效益。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种聚乙烯装置的停工控制方法，所述聚乙烯装置的反应器包括发生第一阶段聚合反应的若干个反应区和发生第二阶段聚合反应的若干个反应区，每个反应区的入口处设置有引发剂泵，其特征在于，所述停工控制方法包括：

修改反应器自动停工的触发程序，控制反应器在接收到引发剂泵的故障信号时旁路反应器自动停工的触发程序；

当发生第二阶段聚合反应的反应区的引发剂泵故障时，按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，所述下游引发剂泵为处于所述故障引发剂泵所在的故障反应区下游的反应区中的引发剂泵，使所述故障反应区及位于所述故障反应区下游的反应区中的聚合反应终止；

其中，发生第一阶段聚合反应的反应区包括设置有第一引发剂泵的第一反应区和设置有第二引发剂泵的第二反应区，发生第二阶段聚合反应的反应区包括设置有第三引发剂泵的第三反应区和设置有第四引发剂泵的第四反应区；

当第四引发剂泵故障时，关闭第四引发剂泵以停止第四反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵和第三引发剂泵正常工作；

当第三引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵以停止第四反应区和第三反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵正常工作；

当第一引发剂泵或第二引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵、第二引发剂泵和第一引发剂泵以停止各个反应区的聚合反应。

2.根据权利要求1所述的停工控制方法，其特征在于，所述方法还包

括：

在按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵时，打开聚乙烯装置与烯烃分离装置之间的物料控制阀门，将所述聚乙烯装置中未反应的物料回收至所述烯烃分离装置。

3.一种聚乙烯装置的停工控制系统，其特征在于，所述系统包括：

程序控制单元，用于修改反应器自动停工的触发程序，以控制反应器在接收到引发剂泵的故障信号时旁路反应器自动停工的触发程序；

聚合反应控制单元，用于当发生第二阶段聚合反应的反应区的引发剂泵故障时，按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵，所述下游引发剂泵为处于所述故障引发剂泵所在的故障反应区下游的反应区中的引发剂泵，使所述故障反应区及位于所述故障反应区下游的反应区中的聚合反应终止；

发生第一阶段聚合反应的反应区包括设置有第一引发剂泵的第一反应区和设置有第二引发剂泵的第二反应区，发生第二阶段聚合反应的反应区包括设置有第三引发剂泵的第三反应区和设置有第四引发剂泵的第四反应区；

其中，所述聚合反应控制单元包括：

第一处理单元，用于当第四引发剂泵故障时，关闭第四引发剂泵以停止第四反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵和第三引发剂泵正常工作；

第二处理单元，用于当第三引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵以停止第四反应区和第三反应区的聚合反应，保持第一引发剂泵、第二引发剂泵正常工作；

所述聚合反应控制单元还包括：

停工控制单元，用于当第一引发剂泵或第二引发剂泵故障时，依次关闭第四引发剂泵、第三引发剂泵、第二引发剂泵和第一引发剂泵以停止各个反应区的聚合反应。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括物料控制单元，用于在按顺序关闭故障引发剂泵和下游引发剂泵时，打开聚乙烯装置与烯烃分离装置之间的物料控制阀门，将聚乙烯装置中未反应的物料回收至所述烯烃分离装置。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1或2所述的停工控制方法。

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