3 國產(chǎn)PVC聚合釜技術(shù)進展
3.1 簡要回顧
錦西化工機械(集團)公司是國內(nèi)攪拌設(shè)備的主要生產(chǎn)廠，早在20世紀60年代為我國始建的6000t/a PVC生產(chǎn)裝置配套了13.5m3聚合釜。70年代末期，又自行開發(fā)了30m3 PVC聚合釜，在國內(nèi)5萬t/a的PVC生產(chǎn)裝置中使用，后經(jīng)幾次技術(shù)改進，已在國內(nèi)改擴建的數(shù)十個PVC生產(chǎn)裝置中采用。到20世紀90年代，又研制成功了48m3和70m3 PVC聚合釜，并對乳液聚合和本體聚合的PVC聚合釜進行了設(shè)計研制。
3.2 國產(chǎn)70m3聚合釜的基本特性與結(jié)構(gòu)特點
3.2.1 基本特性
國產(chǎn)70m3聚合釜技術(shù)特性見表2。
表2 國產(chǎn)70m3聚合釜技術(shù)特性表
項目 釜體 夾套
全容積/m3 70.2
物料名稱 VC，H2O，等 H2O
設(shè)計壓力/MPa 2.06 0.74
設(shè)計溫度/℃ 93 88
主體材料 16MnR+SUS304 16MnR/10/Q235-A
容器類別 Ⅲ
傳熱方式 半管夾套+內(nèi)冷管
傳熱面積/m3 夾套70，內(nèi)冷管19
設(shè)備凈重/kg 51660
電機功率/kW 160
攪拌轉(zhuǎn)數(shù)/r?m-1 98
攪拌轉(zhuǎn)向 順時針(向下看)
攪拌器型式 三葉后掠
軸封型式 雙端面機械密封
機封冷卻方式 平衡液罐或密封油站
單釜年生產(chǎn)能力/萬t 2.0-2.5
3.2.2 結(jié)構(gòu)特點
(1)采用二層三葉后掠式攪拌器。該攪拌器的設(shè)計是經(jīng)過攪拌冷模試驗，運用攪拌放大技術(shù)進行的優(yōu)化設(shè)計，從而保證了的樹脂產(chǎn)品質(zhì)量(顆粒型態(tài)與粒徑分布)和的能量消耗。
攪拌器曾在引進的70m3釜上更替使用，并進行了產(chǎn)品質(zhì)量和功率的對比測試，取得了安全一致的效果。攪拌槳葉的斷面形狀為空心長圓形，經(jīng)試驗測定較矩形斷面的槳葉可降低功率消耗10%左右。
(2)良好的傳熱結(jié)構(gòu)和傳熱能力為聚合釜可以達到高的生產(chǎn)強度提供了可靠的保證。
70m3釜的主要傳熱通道有3部分：
a.釜體夾套采用螺旋半管式夾套，較帶螺旋導(dǎo)流板的筒式夾套傳熱系數(shù)可提高20%以上；
b.內(nèi)冷擋板為4組套管式可拆卸內(nèi)冷管，較直管式內(nèi)冷管的傳熱系數(shù)可提高18%以上；
c.聚合過程中，從釜底機封上部連續(xù)加注無離子冷卻水，也可平衡聚合體系的熱量。
(3)攪拌傳動系統(tǒng)置于釜體下部，采用底伸式攪拌軸，運行平穩(wěn)，檢修方便。
(4)軸封采用雙端面機械密封，機封上部在釜內(nèi)物料和上密封面之間設(shè)有連續(xù)注水通道，有效地隔離物料與密封面的接觸，保證機封長期可靠運行。
本釜機械密封平衡液(密封油)的供給和冷卻采取了2種方式，一種是氮氣加壓的平衡液罐，另一種是配套密封油站，用戶可以根據(jù)自己的操作習(xí)慣任選。
(5)釜體內(nèi)表面采用復(fù)合電解研磨拋光，表面粗糙度Ra<0.1μm，釜上還配有噴淋涂釜裝置，所以該釜的防黏釜問題已經(jīng)得到很好的解決。
3.3 國內(nèi)大型釜設(shè)計、制造的技術(shù)關(guān)鍵問題已經(jīng)解決
3.3.1 聚合釜攪拌特性測試及放大技術(shù)
錦化機配備有從美國TSI公司引進的三維激光測速儀，采用自行開發(fā)的流場脈動速度處理軟件和GRAFTOOL軟件，運用計算機對旋轉(zhuǎn)流場三維速度的向量和矢量直接進行處理和表述，通過攪拌試驗和放大技術(shù)實現(xiàn)了對大型聚合釜攪拌器的優(yōu)化設(shè)計。
錦化機與浙大進行了多年合作，對PVC聚合釜的攪拌選型與攪拌特性進行了研究，確定了放大技術(shù)與準則，成功地進行了30m3和80m3聚合釜的技術(shù)放大。
3.3.2 提高聚合釜的傳熱能力
聚合釜的傳熱能力是制約其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵之一，為了使聚合釜具有較高的傳熱能力，在大型釜的設(shè)計中采取了以下4項措施。
(1)改變釜體夾套結(jié)構(gòu)，采用高傳熱系數(shù)的半管夾套；
(2)增大內(nèi)冷管的傳熱面積，采用高傳熱系數(shù)的內(nèi)冷管結(jié)構(gòu)；
(3)采用釜頂冷凝器；
(4)采用在聚合全過程向釜內(nèi)注水的新工藝。
以上這些措施已在國內(nèi)大中型PVC聚合釜中實施，經(jīng)傳熱測定，證實聚合釜的傳熱能力明顯提高，加之采用復(fù)合引發(fā)劑，并改進操作方式(如加熱脫鹽水技術(shù)、密閉加料、帶壓出料等)，國產(chǎn)聚合釜的生產(chǎn)強度已經(jīng)接近水平。
3.3.3 釜體內(nèi)壁拋光與防黏壁技術(shù)
錦化機現(xiàn)已組建了拋光車間，設(shè)有多套簡體封頭內(nèi)表面復(fù)合電解研磨裝置，大面積不銹鋼表面拋光粗糙度可達到Ra0.1μm，拋光技術(shù)已獲中國發(fā)明。
國內(nèi)已基本解決PVC聚合釜的黏壁問題，從聚合釜的設(shè)計角度考慮，一是采用電解研磨拋光，提高釜體內(nèi)表面的光潔度；二是配備釜頂噴淋涂釜裝置，使用有效的防黏釜劑。國內(nèi)一些PVC生產(chǎn)裝置已達到了不開蓋連續(xù)生產(chǎn)百釜以上的水平。
3.3.4 大軸徑釜用機械密封
近幾年，國內(nèi)機械密封的設(shè)計、制造水平提高很快，并有多家外商在國內(nèi)合資建廠，如四川密封技術(shù)研究所和大連博格曼有限公司，為許多國內(nèi)或引進的大型聚合釜配套了大軸徑雙端面機械密封，經(jīng)多年使用考驗，密封性能和使用壽命都可以滿足生產(chǎn)要求。
3.3.5 聚合釜的配套件
錦化機已研制成功DN300的大口徑彈簧式安全閥，用于70m3 PVC聚合釜。
聚合釜上的其他配套件，如噴淋閥、柱塞式放料閥、高壓水力清釜裝置以及大功率漸開線齒輪減速機、大功率防爆電機等國內(nèi)均可生產(chǎn)，質(zhì)量和使用性能與國外產(chǎn)品相當(dāng)。
3.3.6 大型聚合釜的運輸問題
直徑超過Φ3400mm的大型設(shè)備一般采用公路汽車運輸或海上運輸。
錦化機曾用汽車運送直徑Φ5000mm、容積為200m3攪拌設(shè)備至大慶石化；用汽車運送直徑Φ4600mm、容積為70m3和90m3攪拌釜至北京、無錫、四川和新疆等；海運重250t的鍛燒爐至天津港。大型釜的運輸已不成問題。
3.4 國內(nèi)大型PVC聚合釜開發(fā)的進展
在PVC生產(chǎn)中，工藝技術(shù)水平和聚合釜技術(shù)水平對樹脂生產(chǎn)獲取經(jīng)濟效益影響甚大。聚合工藝技術(shù)進步推動了聚合釜的技術(shù)發(fā)展，聚合釜技術(shù)水平的提高又保證了工藝得以實現(xiàn)。
近幾年，國內(nèi)一些樹脂生產(chǎn)企業(yè)，如北京化二、錦化化工等，通過對引進技術(shù)的消化吸收和技術(shù)創(chuàng)新，已經(jīng)形成了我國自己的大型PVC裝置生產(chǎn)成套技術(shù)。與之相匹配的70m3大型PVC聚合釜也由錦化機研制成功，通過了專家鑒定，并投入批量生產(chǎn)。
目前，錦化機與齊魯石化合作，在科學(xué)試驗的基礎(chǔ)上正在聯(lián)合開發(fā)135m3聚合釜及其生產(chǎn)應(yīng)用成套技術(shù)。該項目的預(yù)期目標(biāo)是單釜年生產(chǎn)能力達到6萬t以上。
錦化機還與天津大沽化合作，聯(lián)合開發(fā)110m3PVC聚合釜及其生產(chǎn)應(yīng)用的成套技術(shù)，該釜的預(yù)期目標(biāo)是單釜年生產(chǎn)能力達到4萬t以上。
4 國產(chǎn)PVC聚合釜的應(yīng)用
國產(chǎn)聚合釜在國內(nèi)PVC生產(chǎn)裝置中已廣泛應(yīng)用，對我國PVC工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮重要作用。據(jù)初步統(tǒng)計，到2002年，國內(nèi)PVC生產(chǎn)裝置中聚合釜的總?cè)萘看蠹s為13000m3，其中國產(chǎn)釜合計容量約11500m3，占總量的78%。30m3聚合釜曾一度成為我國PVC生產(chǎn)裝置的主體釜型，隨著生產(chǎn)裝置規(guī)模的不斷擴大，國產(chǎn)70m3釜成為新擴建PVC裝置的。至2003年底，已有20余臺70m3釜在國內(nèi)PVC生產(chǎn)裝置中投入使用，并有70余臺正在制造中。
