滌綸聚酯生產裝置的真空系統(tǒng)

1、滌綸聚酯生產裝置的真空系統(tǒng)摘要：文章介紹了聚酯生產中所使用的真空獲得系統(tǒng)的發(fā)展過程；華達公司開發(fā)、設計、生產的真空系統(tǒng)的技術原理及特點。關鍵詞：聚酯；真空系統(tǒng)；一、滌綸聚酯生產裝置中真空泵發(fā)展歷程概述在上世紀最早的滌綸聚酯生產裝置中，采用機械真空泵（滑羅機組）作為真空獲得設備。由于機械真空泵存在缺點：A、不能抽除可凝性氣體（今后干式螺桿泵發(fā)展情況怎樣？）；B、易受齊聚物堵塞，真空度波動大；C、隨著單線產量規(guī)模增大，需要許多機械真空泵組并聯(lián)，機構龐大復雜；維修復雜；50 年代 （國外） 60 年代 （國內） 開始， 逐漸被水蒸汽噴射真空泵所取代 （上海滌綸廠等） 。采用水蒸汽噴射真空泵產生新的問

2、題：A、能耗大；B、產生大量廢水；C、原料 EG 損耗大；60 年代開始， 德國吉瑪公司開始研制以滌綸聚酯原料的乙二醇蒸汽驅動的 EG 噴射真空泵一一 EG 液體噴射真空泵和 EG 蒸汽噴射真空泵， 國內于 1977 年由北京燕山長征化工廠首先引進使用。整個 8090 年代，我國引進的或國產的滌綸聚酯裝置，大部分仍采用水蒸汽噴射真空泵，小部分采用 EG 蒸汽噴射真空泵（儀化）。進入 21 世紀，我國引進的或國產的滌綸聚酯裝置，大部分采用 EG 蒸汽噴射真空泵，小部分仍采用水蒸汽噴射真空泵。實踐證明，在滌綸聚酯生產中，EG 蒸汽噴射真空泵具有能耗小，不損耗原料 EG,不產生廢水，真空度穩(wěn)定等優(yōu)點

3、。二、華達公司發(fā)展 EG 真空泵歷程概述華達公司（前身建華真空設備機械廠）創(chuàng)立時，生產的第一臺設備一一 5 級真空泵就是為滌綸聚酯生產服務的。揚州惠通的第一條 5000T/A 線使用的也是我公司的 5 級泵。從 1991 年至 2002 年我們?yōu)殚g歇式提供了 500 多臺（套）5 級水蒸汽噴射真空泵（是中國聚酯工業(yè)發(fā)展的罪人，謝曉中語） ；1999 年，我公司開展 EG 真空泵的理論研究；2000 年，自費試制了 1 臺 EG 真空泵在浙江超同安裝，進行了性能測試；2001 年，在試驗設備的基礎上，為上海浦源免費制造 2 臺，在間歇式生產中投入使用；2002 年，為上海石化 CP-3 提供第

4、1 臺（與汪總、新良合作）；2003 年到 2008 年，為近百條間歇式生產線提供了 EG 真空泵；同時，從 1994 年開始為上海石化 2 號聚酯的 6 條鐘紡線進行真空泵改造，1998 年,隨著改造進入到 EG 捕集器的改造階段；我們開始接觸滌綸聚酯生產裝置中的整個真空系統(tǒng)。2002 年，我公司在加盟汪總一一聚友公司團隊后，使我們有機會參與了張家港新欣化纖的 8 萬噸、新蘇 15 萬噸、上海石化的 15 萬噸、埃及 4+0.4 萬噸、新港 15+3 萬噸、華特斯 8萬噸、，弘興 8+2 萬噸、金勝 10 萬噸等滌綸聚酯項目工作；同時，我們還參與了國內其他十幾套滌綸聚酯裝置真空系統(tǒng)的新建和改

5、造工作：上海石化2 號聚酯的 6 條鐘紡線、 3 號聚酯的 2 條杜邦線、 洛陽石化的 2 條杜邦線、 三房巷的 3 條杜邦線、海南興業(yè)的 1 條杜邦線、華西的 1 條吉瑪線、華宏 1 條線、宜興 2 條線、中捷 1 條線?？梢赃@么說， 2003 年之前， 華達公司對 EG 真空泵及捕集器的開發(fā)實踐好比一個人的兒童狀態(tài)，2003 年之后，在聚友公司的庇蔭下逐步成年，為此，我在這里，謹代表華達公司對在座的和不在座的所有聚友公司的同仁們，表示衷心的感謝！三、我公司真空系統(tǒng)的特點通過以上提到的各項工作的實踐，我們對滌綸聚酯生產裝置中真空系統(tǒng)：捕集器和 EG 蒸汽噴射真空泵系統(tǒng)的設計、生產、調試積累了

6、一定的經驗，形成了一定的特點，特總結如下，供大家參考，并請斧正。1、EG 捕集器部分在滌綸聚酯裝置中，EG 捕集器起到捕集縮聚釜中產生的大量可凝性氣體和低分子齊聚物的作用，是真空系統(tǒng)的關鍵設備。如果 EG 捕集器對可凝性氣體捕集效果不好，可凝性氣體得不到充分冷凝，將大大增加真空泵的負荷，造成系統(tǒng)真空度達不到要求。如果 EG 捕集器對齊聚物捕集效果不好，進入真空泵的低分子齊聚物增加，會逐漸地堵塞真空泵，使真空泵無法正常工作，聚酯裝置必須停車檢修。從一開始，我們接觸和改造的捕集器是立式結構，因此，到目前為止，我們設計的捕集器都是立式折流式結構（詳見圖 1）,立式折流式捕集器在設計中要解決的（規(guī)范的

7、）問題有：1、在理論計算（物料衡算）中：A、工作壓力：提出的工作壓力是必要條件，還是充分條件，我們認為應按必要條件考慮；今后常規(guī)產品就按 1.5/0.15KPa；B、工作 EG 的溫度：高溫或低溫，或高低溫結合；捕集器內的可凝性氣體分壓取決于（EG-H2O）的飽和蒸汽壓，亦即取決于循環(huán)EG（EG-H2O）的含水率和工作溫度，它必須低于工作壓力。高溫：既要高溫度，又要滿足工作壓力，即：維持（EG-H2O）的飽和蒸汽壓不變，就必須降低含水率。降低含水率依靠兩個途徑：從出氣口被真空泵抽走和溢流口溢流。從出氣口被真空泵抽走就要增加真空泵的負荷，導致 EG 蒸汽用量的增加，設備增大。從溢流口溢流，需要增

8、加溢流量，即需要增加 EG 補充量。所以高溫有一個極限。今后，采用 45c 和 30C；低溫：對降低真空泵的 EG 蒸汽用量有好處，但 EG 循環(huán)系統(tǒng)容易堵塞。今后不考慮；高溫/低溫結合：原理：一級高溫噴淋捕集齊聚物，二級低溫噴淋捕集可凝性氣體；初步方案：補充 EG 分兩路補充；一路從終縮一級熱井至預縮一級熱井；一路從終縮二級熱井至預縮二級熱井至預縮一級熱井。采用 50c 和 35C；/采用 25c 和 25C；終縮一級熱井能否不補充，作進一步的理論分析。C、循環(huán) EG 噴淋量：UFPP 噴淋量大小主要從捕集效果（溫升能否達到）和水泵功率兩方面考慮（考慮 68c 溫升）；FIN 噴淋量大小則是

9、從捕集效果（橫截面能否有效覆蓋）和水泵功率兩方面考慮（考慮 0.51.5C 溫升）；考慮在理論計算基礎上適當放大；D、補充 EG 量：在工藝流程中容許真空系統(tǒng)用多少 EG?真空泵系統(tǒng)及真空度調節(jié)系統(tǒng)需要用多少 EG?剩余為補充 EG 量（當然要留一定余量）。補充 EG 量大，溢流量也大，循環(huán) EG 的含水率就低，真空泵耗能就少E、立式折流式噴淋捕集器相當于一臺液體噴射器，噴淋 EG 有一定抽空作用，程度尚無法計算和定量，影響真空度調節(jié)（真空度過高）；2、在結構設計中：A、進氣口直徑：決定于真空度（氣體的比容/密度）和氣體流速（重量流速/體積流速/速度流速）的選取；決定于縮聚釜氣開口直徑的選?。?/p>

10、目前情況：今后怎么取：B、外形尺寸：進氣口直徑決定了上筒體直徑（上筒體無非是通道）；上筒體直徑決定下筒體的內外筒體的直徑；如果上筒體采用大開孔，則：上筒體與下筒體的內筒體之間采用錐體過渡（直徑差為 200400,45或 60）;如果上筒體不采用大開孔，則：上筒體與下筒體的內筒體直徑可以一致；前者優(yōu)點：1、避免上筒體齊聚物堵塞噴淋孔；2、刮刀直徑??；3、噴頭容易布置，多布置；4、掛在上下運動刮刀上的齊聚物容易被 EG 沖掉；前者缺點：1、大開孔，上筒體強度差，焊接變形大；2、下筒體的內筒體噴淋 EG 的覆蓋密度降低；下筒體的內外筒體的間距： 100200 毫米； 主要考慮下噴淋 EG 能否將內外

11、筒體的橫截面全部覆蓋（間距小，難以全部覆蓋），以及氣流的懸浮速度。下筒體長度：一般為直徑的 23 倍，主要考慮滿足出氣口、噴淋 EG 口、環(huán)管、支座、視鏡的位置，其次考慮氣流懸浮速度所需要的懸浮空間（夾帶物在重力作用下的減速距離）。C、環(huán)管直徑：由循環(huán) EG 噴淋量和速度流速決定；新良已有規(guī)定D、出氣口直徑：原則上由真空泵的抽氣口直徑決定；E、出液口直徑：原則上由循環(huán) EG 噴淋量和速度流速決定，但應考慮從刮刀上掉下的齊聚物能否通過的問題；3、噴頭及噴頭安裝霧化噴頭比降膜噴頭好，特別在下筒體。安裝霧化噴頭的非標球閥：3 種非標球閥和各種流量的霧化噴頭；霧化噴頭帶 X 芯，被安裝在非標球閥的球體

12、內；球閥在開啟狀態(tài)時，EG 液體通過球體內的霧化噴頭，以液霧、液滴狀噴出；球閥在關閉狀態(tài)時，打開閥體上的悶蓋，可以對霧化噴頭進行在線清理或更換；要注意的問題是：1、球閥在開啟狀態(tài)時，不能內漏；一旦內漏，部分 EG 液體未通過球體內的霧化噴頭而進入捕集器，不但霧化效果差；而且 EG 流量也增大，且無法控制；2、正常情況下，EG 流量受噴頭和壓力控制，要調節(jié)流量，只能通過更換噴頭和調節(jié)壓力，千萬不能調節(jié)球閥；球閥只能全開或全關；3、球閥全關，目的是對霧化噴頭進行在線清理，或更換霧化噴頭，或調節(jié)閥門的內部壓緊螺母；4、蓋板及夾套熱媒溫度要高：290300C。5、仍然采用上下型氣缸通棒，也可以考慮用液

13、壓通棒；我公司的通棒 3 種形式：分別為上下型、旋轉型、上下旋轉綜合型；效果：上下旋轉綜合型最好，缺點是高度比較高，是行程的兩倍；上下型氣缸通棒使用最廣；我公司尚無旋轉型的使用經歷；旋轉型需要現場裝配；機械密封能否水平運輸；若可以，則可在公司內裝配好；2、EG 真空泵部分EG 真空泵是滌綸聚酯裝置中獲得和保持真空狀態(tài)的基本設備，真空度越高，聚酯產品的聚合度就越高，粘度也越高，質量越好。引進設備中，3 個級間冷凝器都采用同樣的篩板折流式結構，如圖示意，即：冷凝器的內件由多層交叉設置的篩板組成；其基本工作機理是：EG 冷卻液通過篩板上的小孔，以雨柱狀自然下降，EG 蒸汽在篩板間繞行上升，與 EG

14、冷卻液形成逆流接觸，從而達到冷凝捕集或加熱蒸儲的目的。其普遍存在的缺點是：1、EG 冷卻液為雨柱狀，表面積小，間隙大，雖與蒸汽逆流，但接觸效果差；使得冷凝捕集或加熱蒸儲的效果都差；2、篩板上的小孔易堵塞，造成冷卻液的分布不均勻，影響冷凝或加熱效果，使真空度波動；嚴重時，還會引起氣體短路，使系統(tǒng)真空度下降；3、篩板上的小孔堵塞后，即使停車也難以消除；冷卻液容易飛濺進入下級噴射器，也會引起真空度波動；4、氣體通過交叉設置的篩板時，流動阻力較大，造成前置噴射器的背壓高，真空度低。5、同時，3 個級間冷凝器使用同樣溫度的冷卻 EG,也使得第一、二級間冷凝器的噴淋 EG量過小，無法滿足水分的蒸發(fā)量要求；

15、6、循環(huán) EG 的含水率過高，使得第一級間冷凝器的可凝性氣體分壓和工作壓力過高，是影響工作真空度的根本原因。這說明， 國外生產商的設計理念或理論有錯誤。 為此， 我們建立了自己的設計 EG噴射真空泵的理論計算模式：A、最高工作真空度要達到 50100Pa,第一級 EG 噴射器的壓縮比應小于或等于 13,即：50 到 650Pa；因此，第一級間冷凝器的工作壓力必須低于 650Pa(5mmHg);B、要保證第一級間冷凝器的工作壓力達到低于 650Pa(5mmHg),就需要第一級間冷凝器中的可凝氣體分壓盡可能地低于 400Pa(3mmHg)；為此， 第一級間冷凝器的冷卻 EG進液溫度應 040C,冷

16、卻 EG 出液溫度應 044C；同時，應確保循環(huán) EG 的含水率應低于 1.5%(實際運行含水率低于 1.0%);C、因此，對 EG 噴射泵機組而言，應把水分全部當作不凝氣抽除；但其實際過程性質又是可凝的；D、因此：第二、三級間冷凝器必須具備充分蒸發(fā)水分的能力。由液環(huán)真空泵的工作能力確定： 第三級間冷凝器的工作壓力應為 10Kpa,冷卻 EG 進液溫度應七或略小于 60C,則，冷卻 EG 出液溫度應100C；如果確定第二級間冷凝器的工作壓力為 3.3Kpa,則冷卻 EG 的進液溫度應弋 60C,冷卻 EG 的出液溫度應弋WIIIII80C；這時，真空熱井的 EG 溫度 Q60C；E、這樣：第二

17、級 EG 噴射器的壓縮比為 5,即：650 至 ij3.3KPa；第二級 EG 噴射器的壓縮比為 3,即：3.3 至 iJ10Kpa。F、第一級間冷凝器的作用是充分捕集和冷凝第一級噴射器排出的可凝性氣體（EG蒸氣和水蒸氣），以減輕第二級 EG 噴射器的工作負荷，達到增大抽氣能力、降低能耗的目的；第二、第三級間冷凝器的作用是：首先保證蒸儲水分，其次冷凝 EG 蒸氣。為了達到理論模式規(guī)定的要求，我們設計了新型結構的級間冷凝器。對第二、第三級間冷凝器，我們采用霧化噴淋形式（結構見圖 1）。它的工作原理是：EG 液體經過霧化噴頭后形成霧滴狀噴出，在冷凝器筒體內形成均勻的、高密度的、霧滴狀的EG 液體，

18、霧滴狀的 EG 液體與被冷凝氣體可以充分接觸，達到對被冷凝氣體中 EG蒸汽最佳的冷凝捕集的效果；同時，EG 蒸汽將熱量傳遞給 EG 液體，使 EG 液體中的水份得以充分汽化，達到降低循環(huán) EG 中含水率下降的效果。同時，由于冷凝器內部沒有其它構件（只有上部有噴頭），不影響通導面積，氣體運行阻力最小，也降低了前置噴射器的背壓。對第一級間冷凝器，我們采用強制膜噴淋形式（結構見圖 2）0它的工作原理是：EG液體經過強制噴頭后，形成 30 米/秒流速的傘形的連續(xù)膜，象一個鍋蓋一樣均勻地、毫無間隙地覆蓋了冷凝器筒體的橫截面，當被冷凝的氣體逆向上升時，必須與強制膜充分接觸，其中的可凝性氣體被強制膜的正面完

19、全吸收，達到最佳冷凝捕集的效果，大大降低了第二級噴射器的負荷；同時，加速下降的環(huán)狀 EG 液體對被冷凝氣體產生抽吸作用（冷凝器相當于水噴射泵），大大降低了第一級噴射器的背壓；止匕外，由于冷凝器內部沒有其它構件（只有上部有噴頭），通導最大面積，氣體運行阻力最小，也降低了第一級噴射器的背壓。三種冷凝器的優(yōu)缺可以從匯總比較的表 1 中明顯看得出來圖 1 霧化噴淋式表 1 三種冷凝器的比較項目傳統(tǒng)篩板折流式強制膜式霧化噴淋式冷凝器內氣流速度35-43 米/秒18-20 米/秒18-20 米/秒機械阻力510mmHg無無液流抽空作用微小-0.03MPa-0.08MPa 作用明顯-0.08MPa 作用明顯

20、冷卻 EG 液流形狀雨狀或紊亂膜狀霧狀汽體與冷卻 EG 液體熱交換特點接觸交換（有溫差）擴散交換（后壓差）抽吸交換（無壓差、無溫差）強制交換（無溫差、有抽吸交換（無壓差、無溫差）霧狀交換（無溫差、有圖 2 強制膜式微壓差）微壓差）冷凝機理有溫差、壓差無溫差、微壓差無溫差、微壓差主要冷凝發(fā)生及效果冷凝器中部，效果差在冷凝器底部和下液管內，效果最好在冷凝器全部，效果好主要蒸發(fā)發(fā)生及效果冷凝器中部，效果差幾乎不發(fā)生在冷凝器全部，效果好對噴射器影響有飛濺進入下級泵無飛濺進入下級泵無飛濺進入下級泵冷卻液量調整受雜、不口U 里簡單、可計量簡單、可計量維修、使用可靠性復雜、易堵塞、不口靠簡單、不易堵塞、可靠

21、簡單、不易堵塞、可靠3、系統(tǒng)配置對不同的滌綸聚酯生產工藝流程，我們認為應采用不同的真空系統(tǒng)配置。國外進口的 EG 蒸汽噴射真空泵基本上都是由三個 EG 蒸汽噴射器和三個級間冷凝器組成，并以 EG 液環(huán)泵作為前級排大氣泵。配置流程如圖 3 所示：我們分析、研究后認為：如果 EG 捕集器使用高溫 EG（高于 40C）進行冷凝捕集，以上方法可行；如果 EG 捕集器使用低溫 EG（低于 40C）進行冷凝捕集，則，EG 蒸汽噴射泵應采取由四個 EG 蒸汽噴射器和三個 EG 級間冷凝器組成的結構，這樣，不但終縮聚釜真空度更高、更穩(wěn)定，工藝流程容易調節(jié)，而且能耗也大大下降。具體配置流程如圖 4 所示：2、一

22、級 EG 蒸汽噴射器；2、一級 EG 冷凝器；3、二級 EG 蒸汽噴射器;4、二級 EG 冷凝器；5、三級 EG 蒸汽噴射器；6、三級 EG 冷凝器圖 33 級 EG 蒸汽噴射泵流程簡圖1、第一級 EG 蒸汽噴射器；2、第一級間冷凝器；3、第二級 EG 蒸汽噴射器;4、第二級間冷凝器；5、第三級 EG 蒸汽噴射器；6、第三級間冷凝器；7、第二級輔助 EG 蒸汽噴射器圖 44 級 EG 蒸汽噴射泵流程簡圖乙二醇冷卻液終縮聚尾氣乙二醇蒸汽預縮聚尾氣總結（設計規(guī)范）一、真空系統(tǒng)空氣量及EG補充量:可凝性氣體量及乙醛量與生產工藝及產量有關；空氣量與產量有部分關（系統(tǒng)體積及配置的管道件），但不一定成正比

23、例關系，今后大致按照下表定:第一級泵及第二極輔泵結構（擴壓管喉徑）根據產量進行圓整 C產量（萬噸/年）134681012-1620不凝性氣體量（千克/小時）終縮聚3571015UFPP57101520EG 補充量：在工藝流程中容許真空系統(tǒng)用多少 EG,由聚友提供數據，由華達決定在真空泵系統(tǒng)及真空度調節(jié)系統(tǒng)的 EG 使用量，剩余為捕集器補充 EG 量（當然要留一定余量）。:、捕集器工作參數及結構1、捕集器工作參數A、工作壓力：今后常規(guī)產品的工作壓力就按 1.5/0.15KPa；B、工作溫度：原則上，今后對低溫工作狀態(tài)不考慮；對小線采用高溫噴淋；采用 40c 和 30c 高溫；對大線采用高低溫結合

24、的二級噴淋：一級噴淋捕集聚合物和 EG,二級噴淋降低尾氣中的可凝性氣體量。UFPP 采用 50C 和 25C；FIN 采用 40C 和 25C;補充 EG 分兩路補充； 一路從終縮一級熱井至預縮一級熱井； 一路從終縮二級熱井至預縮二級熱井至預縮一級熱井；終縮一級熱井能否不補充，由華達再作進一步的理論分析。C、循環(huán) EG 噴淋量：噴淋量考慮在理論計算基礎上適當放大。UFPP 噴淋量大小主要從捕集效果（溫升能否達到）和水泵功率兩方面考慮（考慮 68c溫升）；FIN 噴淋量大小則是從捕集效果（橫截面能否有效覆蓋）和水泵功率兩方面考慮（考慮0.51.5C 溫升）；2、結構A、進氣口的直徑、壁厚由聚友決定（確定規(guī)格表）B、蓋板、上筒體、及進氣管夾套應統(tǒng)一采用氣相或液相熱媒，溫度要 290-300C；再采用氣相事，上筒體與進氣管熱媒系統(tǒng)合二為一；在采用液相時，上筒體與進氣管熱媒系統(tǒng)應分開；C、出氣口直徑根據噴射泵進氣口直徑；D、出液口的直徑主要考慮集聚物，最大為刮刀內徑的四分之一的弦高；E、今后，環(huán)管不配；是不是要分為封閉的兩半？環(huán)管直徑按速度流速 11.5 米/秒計算？環(huán)管與連接管之間要裝夾板式球閥；環(huán)管