PVC装置机械消泡器设计与安装中的技术问题分析

朱忠强

（上海惠缘能源科技有限公司，上海201199）

随着进口乙烯价格的降低以及乙烯原料来源的多元化，未来几年，国内的乙烯法PVC 产能也将持续扩大，PVC 制备产能也会随之扩大，在此基础上相应的乙烯法PVC 扩产项目中的消泡难题也成为企业需要着重处理的难点之一。聚氯乙烯是重要的化工原料，英文名为PVC。该原料是世界广泛应用的塑料基材，常用于石油化工、日用百货、电缆管线、包装材料、塑料制品、发泡材料、合成纤维等多元化的领域中。PVC 生产过程中因为对温度、气压要求较高，所以在化工生产上需要压力容器作为化学反应的容器。PVC 的生产原料在容器中反应会产生大量的气体，这对于PVC 材料的合成是极为不利的，不仅影响反应进行效率，同时对化工生产的安全也会造成较大的威胁，在此背景下开展PVC 的机械消泡作业就显得尤为重要。

1 消泡器工作原理与结构

本项目中的消泡指的是消除在PVC 工艺过程中所产生的泡沫。因为在加工生产上会涉及很多工艺流程，尤其这些工艺流程会因为化学反应释放出气体，进而产生泡沫。泡沫的存在是各类反应不可避免的产物，而有效地通过相关装置对该类泡沫进行处理也是保障工艺进行的必要操作，这个过程非常重要。处理化工反应的泡沫方式有很多种，最有效和经济的处理办法可以通过物理或化学的方式进行。化学方式除沫就是通过化学试剂来降低泡沫的成型，而物理方式除沫主要是采取机械的方式实现泡沫中液体、固体和气体的分离。本文所涉及到的消泡器就是利用泡沫分离器在有限的容器空间进行消泡作业，不会对下游的工艺过程产生影响，机械消泡机的应用可在消泡作业上保持很低的操作成本并且不用大量掺杂其他化学物质。

消泡是提升产量的重要基础。消泡器在PVC 工艺中主要去除的是泡沫物和PVC 粉料混合物中的VCM气体，通过流体导向原理将系统中的泡沫有序地从回收系统中加以分离，进而使整个系统在循环的泡沫处理上不再重复使用VCM，保证了原料的纯洁度。反应过程中，外来液体分离的原因在于容器的能力不能有效地承受该类介质的持续分离，而使得发生聚合反应的四个聚合釜中均出现了空罐状态。在该消泡工艺中，从罐一的出口一直连接到回收体系中，机械消泡器都能有效地提纯到VCM气体。消泡提纯流程如图1 所示。消泡器有两种常见的结构，分别为皮带传动机械消泡器和直联式机械消泡器，如下图2所示。

图1 VCM 消泡提纯流程示意图

图2 不同结构机械消泡器

2 项目概况

随着经济全球化的推进，国内乙烯法PVC产能也在持续扩张，这里分为两个主要原因，一方面是乙烯产能在持续增加且原料来源的多元化。另一方面是国际乙烯供给的宽松度使得进口乙烯价格降低，国内乙烯进口原料价格得以进一步降低。该项目就是针对在解决乙烯原料供应基础上的后续加工产生的泡沫问题，有效地降低泡沫，对于提升生产效能是极为关键的。本文主要研究的是PVC装置机械消泡器，通过该机械可以实现液气的有效分离，保障化工生产安全高效进行。该机械装置安装在反应罐的顶部，通过高速旋转的涡轮离心力实现泡沫的有效分离，分离结束时通过导气管将原有的泡沫中固体、液体以及气体进行有效分离，消泡器的作用就是将气体单独通过导出管的端口排出，固体和液体则是利用离心分离的原理使其重新返回原来的母液之中重新参与反应。

3 技术问题与解决方案

3.1 设备选型

设备选型要基于设备的功能性来评价，选择合适型号的设备不仅可以有效满足使用需求、提升效率，同时可以最大程度地降低设备的费用。消泡器的选型，首先要根据设备所处的环境进行预选，本项目中主要考虑使用地的气候条件，如温度、风速等，明确外界的基本环境状态，确保当地历年的外界温度与风速满足消泡外机的安装要求。选型时还要注意纯水的电导率以及各类化合物与金属离子的含量，明确事前状态对于整个系统在经过消泡作业后进行对照评价是非常重要的；除上述安装条件外，需要考虑的内容还包括聚合循环水的给水与回水压力和温度属性、供电条件等。设备的选型还要重点考察消泡效能，使用中往往出现消泡性能无法满足实际工程需要。消泡机工作状态中可能会因为温度、重量、流量以及压力不达标而使设备性能没有充分地被展示出来。对于该类问题，要在设备选择前将设备工作状态与产品的特征进行对照，明确各类设计工作中的状态参数，力求在使用中最大化设备工作效能。选型时根据设备对应的接口尺寸考察特征尺寸对接，明确诸如连接法兰、快速转换转接头、机械密封胶的尺寸与形式，保证设备选型的更换以及安装调试的对接准确性。

3.2 振动问题

振动问题是消泡器运行过程中的一大隐患。尤其考虑到消泡器工作时，机械消泡电机在运动的转台下本身就会产生较大的共振频率，在此状态下也较容易因为工作频率与机械设备的固有频率相互接近而产生共振现象。振动问题的表现形式不仅会影响到整个消泡器的消泡效率，也会对整个系统的安全性产生较大的威胁。因此需要对消泡器进行结构或者特征的优化，使整个系统的振动问题可以得到缓解并进一步降低风险。关于振动问题的存在可以从多个方面进行改良，例如质量方面可通过增加机械部件配件的质量，使系统部件的固有频率发生改变，这种状况往往是因增加了固有频率从而规避问题的出现；再者可通过优化机械内部的结构特征，进而改善部件的振动频率特性，使机械系统内部的系统固有频率发生改变，不与工作中的共振频率重合，降低整个系统的振动，实现良好运行。本项目的安装要求并不是垂直安装在罐的顶部中心位置，而是倾斜在罐顶部侧向安装的，所以对避免振动的要求更高。以往的案例中就遇到了由于振动问题引起机械密封损坏，液力耦合器爆破的情况。

3.3 使用寿命

使用寿命问题实质是疲劳问题，机械运转过程中，系统的良好运行是建立在各部件都正常运转的前提下的。消泡时如果某一零件发生失效，就难免会使整个系统的工作出现偏差。零件失效往往会表现在材料断裂、疲劳时效上来，零件断裂所引发的使用寿命问题主要是由于零件结构使用上存在应力集中现象，使得在长期的消泡循环作业中出现应力疲劳，再结合材料所不具备良好的工程塑形而发生脆断，使消泡作业难以持续进行。疲劳失效问题是指零件在循环使用的过程中会因为部件受到固有间隙力的作用，使部件在循环过程中出现破损，并且破损点会随着设备的运行而破口不断扩大，最终整个系统的寿命受到较大的影响，出现损坏，影响使用寿命。对于使用寿命问题，要在平时做好维护维修处理，保障设备的良好状态，切实对系统的运行状态加以实时记录，对设备的易磨损件要定期保养与维护，确保全体部件的使用寿命可以满足消泡的要求。

4 消泡器性能评价

对消泡器的性能评价，首先是罐体的物料和压力描述，整个消泡过程中物料量是流量的变动参数，压力是内部状态的反应变化参数。实际工作中的流量也是从最大的含量逐步降低的，压力最初是6bar，随着消泡作业的进行而减小，甚至会出现负压的状况。对这种情况，该机械消泡器也会在不稳定的流量状态下进行连续性的工作，随着时间的延长，分离的气体量也在不断发生变化，相应的固体量也与之相适应的产生变化，这种持续变化的规律往往会使这类设备选型存在诸多的不确定性风险。对于消泡机的这种连续性参数变化，结合实际情况，可以采取正常最大值进行选型，通常在提升以往型号的基础上进行参数选择，从而达到多种工况下机械除泡沫的实际效果。消泡器的选择与技术主要是结合法国KEM ONE 的专利技术来实现的，该技术在实践中的压力循环与进出口液气分离同国内及国际上其他工艺技术相对比，存在着很大的泡沫处理方面的区别，导致这种设备非常特殊的应用，可为后续的PVC技术发展带来一定的指导作用。采用该设备虽然一次投入会比较大，但是从长期来看对产能和产品质量的提高都有重要的意义。该设备对比行业同类产品有着运行平稳，故障率低的特点，可以有效确保整个PVC装置的连续生产运行。从该设备运行效果来看，在连续运行的10 年时间里保持了稳定性和极低的故障率，得到了各方广泛的认可。

结束语

本文就先进的PVC消泡技术展开分析，针对PVC 材料生产中的消泡机械进行论述，对该装置在行业中的应用做分析，实践证明相对于传统PVC 生产工艺过程中采用的其他消除泡沫的方法而言，引进自法国的PVC技术带来了新的工艺思路和方法，对提升PVC产品质量和产能都有着积极的意义。本文所述PVC消泡技术具有较高的经济性，较低的故障性，可为未来PVC生产提供有力的借鉴。