Управление отношением водород / пропилен

Показатель текучести расплава порошка является, как правило, главной характеристикой продукта, и регулируется молярным отношением водород / пропилен (отношением H₂/C₃⁼) в отходящем газе реактора. Схематичный чертеж системы управления отношением (H₂/C₃⁼) приведен на рис. 6.6. Управление отношением H₂/C₃⁼ осуществляется при помощи AIC-008, и измеряется методом газовой хроматографии. Выходной сигнал AIC-008 передает заданное значение двум регуляторам расхода водорода: FIC-038 и FIC-039.

Рис. 6.6 Упрощенная схема управления отношением H₂/C₃⁼

Управление уровнем в сепараторе

На рис. 6.7 приведен упрощенный чертеж схемы управления уровнем в сепараторе V-21201. Как показано на рисунке, регулятор уровня LIC-004 посылает сигнал на задвижку LV-004, управляющую потоком подачи пропилена.

Сепаратор защищен от переполнения двумя независимыми реле уровня, которые блокируют регулятор подачи пропилена на V-21201 и закрывают его. В это же время прекращается подача пропилена в сепаратор закрытием HV-021. Блокировочное устройство сразу же останавливает компрессор K-21201 A/B, чтобы жидкость не поступала в компрессор и не вызвала повреждение. Аварийный сигнал низкого уровня с LIC-004 предупреждает оператора о критически низком уровне в сепараторе V-21201, ниже которого насосы охлаждающей жидкости не могут эффективно работать. Если уровень в сепараторе V-21201 опускается слишком низко, блокировочное устройство останавливает насосы подачи жидкого пропилена Р-21201А/В, чтобы защитить их от механического повреждения.

Рис. 6.7 Упрощенная схема управления уровнем в верхнем сепараторе

Отвод газа

На рис. 6.8 приведено схематичное изображение системы отвода газа.

Отбор газа осуществляется с линии нагнетания компрессора K-21201A/B, обеспечивающего достаточное давление для прохода через колонну отделения триэтилалюминия C-21801. Заданное значение регулятора расхода отбираемого газа 218-FQIC-003 вводится оператором. Этот регулятор может работать в двух диапазонах, контролируя либо большую управляющую задвижку 218-FV-003B, либо малую управляющую задвижку 218-FV-003А. Поток отбираемого газа может направляться либо за границы технологической установки, либо на факел.

Рис. 6.8 Упрощенная схема отвода газа

Система гашения реакции

Возможность быстро снизить производительность реактора обеспечивается системой отравления катализатора. Кислород является сильным каталитическим ядом, и способен обеспечить быстрое и резкое снижение скорости реакции полимеризации. Это дает возможность: (1) осуществить замедление реакции в реакторе и контролируемое уменьшение производительности реактора; (2) быстро остановить (за счет отравления катализатора) реакцию в аварийной ситуации (при сбросе газа). На выходе каждого регулятора расхода рециркуляции установлены баллоны высокого давления, содержащие смесь кислорода (4,5 мольных процента) и азота. Регулятор давления снижает давление поступающей из баллонов смеси до 28,2 кг/см² (изб.). На рис. 6.9 приведено схематичное изображение системы отравления катализатора кислородом.

Чтобы полностью прекратить реакцию без автоматического отключения реактора и сброса газа, оператор может нажать выключатель HS-090, который одновременно открывает все шесть запорных клапанов. Клапаны остаются открытыми в течение заданного интервала времени, который устанавливается оператором в KY-090А.

Предусмотрены индикация давления и аварийные сигналы, предупреждающие оператора распределенной системы управления, что баллон почти пуст. Опыт эксплуатации показывает, что для эффективной остановки реакции в 10-футовом реакторе необходимо приблизительно 0,55 кг чистого O₂. Применяя коэффициент надежности 3, получаем минимальное давление 56 кг/см² (изб.) в содержащих кислород баллонах, необходимое для полного прекращения реакции в реакторе в аварийной ситуации. Значение срабатывания аварийного сигнала получается на основе следующих допущений:

• 4 баллона по 40 литров на каждую зону отравления (6 зон отравления на реактор).

• Минимум 30 кг смеси N₂/O₂ требуется для эффективной остановки реакции (включая запас надежности).

• После завершения процесса отравления в баллонах остается минимальное давление 28,3 кг/см² (изб.) (максимальное давление в реакторе).

Рис. 6.9 Общий обзор системы отравления катализатора кислородом

Управление активностью

Помимо системы гашения реакции предусмотрена также система ограничения активности катализатора, которая подает очень небольшие количества смеси N₂/O₂ с концентрацией кислорода 4,5 мольных процента на всасывающую линию компрессоров K-22201 A/B. Обычно эта система не используется. Однако, при производстве некоторых марок продукта (некоторых видов БОПП с высокой растворимостью в ксилоле) в реактор может добавляться небольшое количество регулятора активности, которое ограничивает первоначальную активность катализатора. Это может минимизировать образование нитей и комков.

На рис. 6.10 приведена упрощенная схема управления активностью реактора. Предусмотрена двойная станция подсоединения для обеспечения непрерывности потока при замене баллонов. В регуляторе расхода FIC-056 задается расход агента контроля активности позволяющий снизить активность катализатора до нужной величины. Аварийный сигнал низкого давления с PI-021 предупреждает оператора о низком давлении в баллонах.

Типичный расход средства регулировки активности составляет 0,25 кг/ч для БОПП. При использовании 160-литровых комплектов (4 баллона по 40 литров каждый), давления заполнения 200 кг/см² и минимального давления 30 кг/см² обеспечивается надежная подача в течение приблизительно 5,5 дней при расходе средства регулировки активности 0,25 кг/ч.

Рис. 6.10 Упрощенная схема управления активностью реактора

Отсечение реактора

При отсечении реактора все питающие и все выводящие линии реактора перекрываются. Обычно в реактор подаются следующие технологические потоки:

• Поток рециркуляционного газа с K-21201 A/B.

• Поток жидкого пропилена с P-21201 A/B.

• Поток катализатора с P-21101 A/B + промывочный пропилен.

• Поток алкила с P-21102 A/B и донора с P-21103 A/B + промывочный пропилен.

• Промывочный пропилен для форсунок катализатора и сокатализатора.

Из реактора выводятся следующие потоки:

• Отходящий газ из куполов реактора на циклон CY-21202.

• Порошок полипропилена из нижней части реактора в фильтр F-21301.

Оператор может отсечь реактор, активировав HS-014 на панели ПАЗ в ЦПУ. Последовательность отсечения реактора состоит из следующих операций:

• Закрытие HV-003A и остановка потока рециркуляционного газа из K-21201A/B в
реактор, в эжектор твердых фракций реактора MI-21202 и в систему уплотнения мешалки реактора.

• Закрытие HV-003B и остановка потока жидкого пропилена из P-21201 A/B в реактор.

• Закрытие HV-003C и остановка потока отходящего газа реактора из CY-21202 в
E-21206.

• Электродвигатели насосов P-21101 A/B (катализатор), P-21102 A/B (алкил) и P-21103 A/B (силан) останавливаются. Насосы подачи силана отключаются путем закрытия клапанов HV-017/018. Закрываются клапаны насосов подачи алкила HV-043/048.

• После 15-минутной задержки закрываются клапаны FV-006/007 (соответствующие FIC переводятся в режим ручного управления, и выход устанавливается на 0%); HV-015/016 закрываются для остановки потока промывочного пропилена в линию катализатора. Такая задержка по времени предусмотрена для очистки линии от суспензии катализатора в минеральном масле.

• После 15-минутной задержки FV-014 закрывается (соответствующий FIC переводится в режим ручного управления, и выход устанавливается на 0%) для остановки промывки линии сокатализатора пропиленом.

• После 15-минутной задержки HV-071 закрывается для остановки промывки пропиленом форсунок подачи катализатора и сокатализатора.

• Задвижки перемещения порошка HV-005/006 закрываются и останавливают выгрузку порошка из реактора в F-21301. HS-009 работает в обход блокировочных схем для этих задвижек, что позволяет подавать на них команды на открытие или закрытие независимо от статуса отключения реактора.

• Переключатель таймера выгрузки порошка из реактра HS-043 переводится в положение ОТКЛ, чтобы остановить циклическую работу задвижек выгрузки порошка из реактора.

• Режим работы FIC-038/039 изменяется на ручной с выходом 0%, чтобы остановить поток водорода.

• Добавление средства регулировки активности прекращается закрытием FV-056 (соответствующий FIC переводится в режим ручного управления, и выход устанавливается на 0%).

• Управление уровнем порошка в реакторе (LIC-001/KIC-001) переводится в ручной режим, и устанавливается минимальный выход (2 секунды).

Сброс газов из реактора

В процессе нормальной эксплуатации отходящий газ из реактора выходит через два купола, что поддерживает его скорость на низком уровне для минимизации увлечения мелких частиц полимерного порошка потоком газа. Отходящий газ проходит через циклон отходящего газа CY-21202, где удаляются 99,9% остающихся в нем частиц. Затем отходящий газ частично конденсируется в конденсаторе E-21206. Частицы, удаленные циклоном отходящего газа, падают вертикально вниз в эжектор твердых частиц MI-21202, откуда возвращаются в реактор.

В процессе нормальной эксплуатации оператору может потребоваться начать контролируемое удаление газов из реактора на факел в течение длительного периода времени. Оператору может также потребоваться быстро отключить реактор и продуть его с контролируемой интенсивностью. В аварийной ситуации оператору может потребоваться быстро отключить реактор и продуть его с максимальной интенсивностью. Как показано на рис. 6.11, для осуществления этих режимов продува используются два комплекта из двух регулирующих клапанов – по одному комплекту на каждый купол.

Эксплуатационный сброс давления

В процессе эксплуатационного сброса давления при помощи индивидуальных переключателей с ручным приводом распределенной системы управления могут открываться индивидуальные выпускные (=продувочные) клапаны реактора. Могут осуществляться следующие действия:

• Ручной переключатель HS-001A открывает клапан HV-001A в заранее заданное положение, указанное регулятором HIC-001A .

• Ручной переключатель HV-001B открывает клапан HV-001B (100%, является двухпозиционным клапаном).

• Ручной переключатель HS-001C открывает клапан HV-001C в заранее заданное положение, указанное регулятором HIC-001C.

• Ручной переключатель HV-001D открывает клапан HV-001D (100%, является двухпозиционным клапаном).

Заранее заданное открытие HIC-001 A/C может быть установлено оператором в HIC-001, который передаст введенное значение на регуляторы HIC-001 A/C.

Рис. 6.11 Продувочные клапаны реактора

Сброс давления из реактора запускается ручным переключателем HS-004. Блокировка переустанавливается при возврате HS-004 в нормальное положение.

Как показано на рис. 6.12, при запуске штатного сброса давления выполняются следующие действия:

• Реактор отключается, как описано выше.

• Открываются продувочные клапаны HV-001B и HV-001D.

• Регулирующие клапаны HV-001A и HV-001C системы продува переводятся в заранее установленное положение, которое определено заданным значением, введенным оператором в HIC-001 (копируется распределенной системой управления на регуляторы HIC-001A и HIC-001C).

Ниже приводятся некоторые ситуации, при которых может выполняться штатный сброс давления из реактора:

• Выход из строя или останов мешалки реактора, после чего немедленный запуск невозможен. Следует обратить внимание, что подача охлаждающей жидкости отключается после останова мешалки более чем на одну минуту, чтобы избежать смачивания слоя порошка и образования избыточного давления в реакторе после запуска мешалки.

Поломка лопаток или вала мешалки реактора

Выход из строя редуктора мешалки реактора

Потребление тока электродвигателем мешалки реактора превышает максимум для безопасной эксплуатации

Температура зоны реактора превышает 120°C и не может быть снижена в течение 15 минут

Температура во всех зонах реактора падает ниже 55°C и не может быть поднята до приемлемого уровня до того, как произойдет потеря амперной нагрузки в электродвигателе мешалки. Это указывает на конденсацию в реакторе.

Забивка всех линий выгрузки порошка из реактора

Забивка газорасширительного рукавного фильтра

Прекращение подачи охлаждающей воды в верхний конденсатор

Забивка циклона отходящего газа

Выход из строя электрической схемы/ таймера циклической системы задвижек выгрузки порошка и отсутствие другой выходной линии

Выход из строя системы управления давлением в реакторе, включая альтернативную контрольную точку, расположенную на сепараторе.

Хотя описанные выше сценарии и являются довольно серьезными, для разрешения таких ситуаций достаточно штатного останова реактора (в отличие от аварийного останова).

Рис. 6.12 Общая схема отключения и продува реактора

Normal Venting by Operator	Штатный продув оператором
Isolation by Operator	Отсоединение оператором
Reactor Normal Venting Logic	Логическая схема штатного продува реактора
Reactor Isolation Logic	Логическая схема отсоединения реактора
Vent Valves	Продувочные клапаны
Control Vent Valves	Регулирующие клапаны системы продува
Control Vent Valves Throttle	Дроссель регулирующих клапанов системы продува
Quench Supply P-21201 A/B motors	Подача охлаждающей жидкости Электродвигатели P-21201 А/В
Recycle Gas Supply K-21201 A/B motors	Подача газа рециркуляции Электродвигатели K-21201 A/В
Kill System	Система отравления катализатора
High Pressure 2 oo 3	Высокое давление 2 oo 3
Emergency Venting by Operator	Аварийный продув оператором
Reactor Emergency Venting Logic	Логическая схема аварийного продува реактора
Silane Flow P-21103 A/B motors	Поток силана Электродвигатели P-21103 A/B
Silane Cylinders	Баллоны с силаном
Alkyl Flow P-21102 A/B motors	Поток алкила Электродвигатели P-21102 A/B
Alkyl Cylinders	Баллоны с алкилом
С3= Flush to Cocatalyst 15 min delay	Поток промывочного пропилена в линию сокатализатора Задержка 15 мин.
С3= Flush to Nozzles 15 min delay	Поток промывочного пропилена на форсунки Задержка 15 мин.
Recycle Gas	Газ рециркуляции
Cyclone Offgas	Отходящий газ с циклона
Quench	Охлаждение
Powder Outlet	Выпуск порошка
Level Controller	Регулятор уровня
Stop Master Cycle Timer	Выключение главного таймера циклического действия
Hydrogen	Водород
ACA	Средство регулировки активности
Catalyst Flow P-21101 A/B motors	Поток катализатора Электродвигатели P-21101 А/В
Catalyst Line Isolation	Отсоединение линии катализатора
С3= Flush to Catalyst 15 min delay	Поток промывочного пропилена в линию катализатора Задержка 15 мин.

Аварийный сброс давления

Аварийный сброс давления запускается:

• HS-016, аварийным переключателем сброса давления из реактора.

• Если показания двух из трех датчиков давления PT-036 A/B/C достигают заданного значения 27,5 кг/см² (изб.)

Как показано на рис. 6.12, при активации аварийного сброса давления из реактора выполняются следующие действия:

• Реактор отсекается, как описано выше.

• Продувочные клапаны HV-001A, HV-001B, HV-001C и HV-001D открываются на 100%.

• Электродвигатели компрессоров K-21201 A/B останавливаются.

• Электродвигатели насосов P-21201 A/B останавливаются.

• Происходит автоматическое гашение реакции в реакторе.

Некоторые сценарии, при которых возникает необходимость (запускаемого вручную) аварийного сброса давления:

• Полное обесточивание установки без возможности повторного запуска.

• Выход из строя системы уплотнения мешалки реактора (значительная утечка пропилена в атмосферу).

• Пожар или утечка пропилена из установки вблизи реакторов.

Аварийное отсечение и сброс давления с установки

Система аварийного отсечения и сброса давления установки приводится в действие из операторной при помощи выключателя HS-010. При его активации происходит следующее:

• На V-21201 закрывается запорный клапан HV-013 подачи жидкости на насосы
Р-21201А/В, насосы останавливаются.

• Задвижки 210-HV-012/013 подачи пропилена на установку закрываются.

• Задвижки 210-HV-002/003 подачи водорода на установку закрываются.

• Запускается последовательность операций аварийного сброса давления из реактора (см. выше).

• Задвижки перемещения порошка HV-005/006 закрываются.

• Прекращается отвод газа на участок отделения триэтилалюминия: закрываются 218-FV-003/004A/B.

• Закрываются клапана 218-HV-002/003 подачи пропилена на сепараторы с секции отделения ТЭА.

• Закрывается клапан 218-HV-001 подачи свежего пропилена в С-21801.

• Остановливается дожимной компрессор K-21801.

• Открывается байпас вокруг мембранной установки (213-HS-354) (если система аварийного отсечения и сброса давления с установки приводится в действие одновременно для обоих технологических линий).