涤纶聚酯生产装置的真空系统.doc

1、涤纶聚酯生产装置的真空系统摘要：文章介绍了聚酯生产中所使用的真空获得系统的发展过程；华达公司开发、设计、生产的真空系统的技术原理及特点。关键词：聚酯；真空系统；一、涤纶聚酯生产装置中真空泵发展历程概述在上世纪最早的涤纶聚酯生产装置中，采用机械真空泵（滑罗机组）作为真空获得设备。由于机械真空泵存在缺点：A、不能抽除可凝性气体（今后干式螺杆泵发展情况怎样？） ；B、易受齐聚物堵塞，真空度波动大；C、随着单线产量规模增大，需要许多机械真空泵组并联，机构庞大复杂；维修复杂；50 年代（国外）60 年代（国内）开始，逐渐被水蒸汽喷射真空泵所取代（上海涤纶厂等） 。采用水蒸汽喷射真空泵产生新的问题：A、能

2、耗大；B、产生大量废水；C、原料 EG 损耗大；60 年代开始，德国吉玛公司开始研制以涤纶聚酯原料的乙二醇蒸汽驱动的 EG 喷射真空泵EG 液体喷射真空泵和 EG 蒸汽喷射真空泵，国内于 1977 年由北京燕山长征化工厂首先引进使用。整个 8090 年代，我国引进的或国产的涤纶聚酯装置，大部分仍采用水蒸汽喷射真空泵，小部分采用 EG 蒸汽喷射真空泵（仪化） 。进入 21 世纪，我国引进的或国产的涤纶聚酯装置，大部分采用 EG 蒸汽喷射真空泵，小部分仍采用水蒸汽喷射真空泵。实践证明，在涤纶聚酯生产中，EG 蒸汽喷射真空泵具有能耗小，不损耗原料 EG，不产生废水，真空度稳定等优点。二、华达公司发展

3、 EG 真空泵历程概述华达公司（前身建华真空设备机械厂）创立时，生产的第一台设备5 级真空泵就是为涤纶聚酯生产服务的。扬州惠通的第一条 5000T/A 线使用的也是我公司的 5 级泵。从 1991 年至 2002 年我们为间歇式提供了 500 多台（套）5 级水蒸汽喷射真空泵（是中国聚酯工业发展的罪人，谢晓中语） ；1999 年，我公司开展 EG 真空泵的理论研究；2000 年，自费试制了 1 台 EG 真空泵在浙江超同安装，进行了性能测试；2001 年，在试验设备的基础上，为上海浦源免费制造 2 台，在间歇式生产中投入使用；2002 年，为上海石化 CP-3 提供第 1 台（与汪总、新良合作

4、） ；2003 年到 2008 年，为近百条间歇式生产线提供了 EG 真空泵；同时，从 1994 年开始为上海石化 2 号聚酯的 6 条钟纺线进行真空泵改造，1998 年，随着改造进入到 EG 捕集器的改造阶段；我们开始接触涤纶聚酯生产装置中的整个真空系统。2002 年，我公司在加盟汪总聚友公司团队后，使我们有机会参与了张家港新欣化纤的 8 万吨、新苏 15 万吨、上海石化的 15 万吨、埃及 4+0.4 万吨、新港 15+3 万吨、华特斯 8 万吨、 ，弘兴 8+2 万吨、金胜 10 万吨等涤纶聚酯项目工作；同时，我们还参与了国内其他十几套涤纶聚酯装置真空系统的新建和改造工作：上海石化 2

5、号聚酯的 6 条钟纺线、3 号聚酯的 2 条杜邦线、洛阳石化的 2 条杜邦线、三房巷的 3 条杜邦线、海南兴业的 1 条杜邦线、华西的 1 条吉玛线、华宏 1 条线、宜兴 2 条线、中捷 1 条线。可以这么说，2003 年之前，华达公司对 EG 真空泵及捕集器的开发实践好比一个人的儿童状态，2003 年之后，在聚友公司的庇荫下逐步成年，为此，我在这里，谨代表华达公司对在座的和不在座的所有聚友公司的同仁们，表示衷心的感谢！三、我公司真空系统的特点通过以上提到的各项工作的实践，我们对涤纶聚酯生产装置中真空系统：捕集器和EG 蒸汽喷射真空泵系统的设计、生产、调试积累了一定的经验，形成了一定的特点，特

6、总结如下，供大家参考，并请斧正。1、EG 捕集器部分在涤纶聚酯装置中，EG 捕集器起到捕集缩聚釜中产生的大量可凝性气体和低分子齐聚物的作用，是真空系统的关键设备。如果 EG 捕集器对可凝性气体捕集效果不好，可凝性气体得不到充分冷凝，将大大增加真空泵的负荷，造成系统真空度达不到要求。如果 EG 捕集器对齐聚物捕集效果不好，进入真空泵的低分子齐聚物增加，会逐渐地堵塞真空泵，使真空泵无法正常工作，聚酯装置必须停车检修。从一开始，我们接触和改造的捕集器是立式结构，因此，到目前为止，我们设计的捕集器都是立式折流式结构（详见图 1） ，立式折流式捕集器在设计中要解决的（规范的）问题有：1、在理论计算（物料

7、衡算）中：A、工作压力：提出的工作压力是必要条件，还是充分条件，我们认为应按必要条件考虑；今后常规产品就按 1.5/0.15KPa；B、工作 EG 的温度：高温或低温，或高低温结合；捕集器内的可凝性气体分压取决于（EG-H2O）的饱和蒸汽压，亦即取决于循环 EG（EG-H2O）的含水率和工作温度，它必须低于工作压力。高温：既要高温度，又要满足工作压力，即：维持（EG-H2O）的饱和蒸汽压不变，就必须降低含水率。降低含水率依靠两个途径：从出气口被真空泵抽走和溢流口溢流。从出气口被真空泵抽走就要增加真空泵的负荷，导致 EG 蒸汽用量的增加，设备增大。从溢流口溢流，需要增加溢流量，即需要增加 EG

8、补充量。所以高温有一个极限。今后，采用 45和 30；低温：对降低真空泵的 EG 蒸汽用量有好处，但 EG 循环系统容易堵塞。今后不考虑；高温/低温结合：原理：一级高温喷淋捕集齐聚物，二级低温喷淋捕集可凝性气体；初步方案：补充 EG 分两路补充；一路从终缩一级热井至预缩一级热井；一路从终缩二级热井至预缩二级热井至预缩一级热井。采用 50和 35；/采用 25和 25；终缩一级热井能否不补充，作进一步的理论分析。C、循环 EG 喷淋量：UFPP 喷淋量大小主要从捕集效果（温升能否达到）和水泵功率两方面考虑（考虑 68温升） ；FIN 喷淋量大小则是从捕集效果（横截面能否有效覆盖）和水泵功率两方面

9、考虑（考虑 0.51.5温升） ；考虑在理论计算基础上适当放大；D、补充 EG 量：在工艺流程中容许真空系统用多少 EG？真空泵系统及真空度调节系统需要用多少 EG？剩余为补充 EG 量（当然要留一定余量） 。补充 EG量大，溢流量也大，循环 EG 的含水率就低，真空泵耗能就少。E、立式折流式喷淋捕集器相当于一台液体喷射器，喷淋 EG 有一定抽空作用，程度尚无法计算和定量，影响真空度调节（真空度过高） ；2、在结构设计中：A、进气口直径：决定于真空度（气体的比容/密度）和气体流速（重量流速/体积流速/速度流速）的选取；决定于缩聚釜气升口直径的选取；目前情况： 今后怎么取：B、外形尺寸：进气口直

10、径决定了上筒体直径（上筒体无非是通道） ；上筒体直径决定下筒体的内外筒体的直径；如果上筒体采用大开孔，则：上筒体与下筒体的内筒体之间采用锥体过渡（直径差为 200400，45 或 60） ；如果上筒体不采用大开孔，则：上筒体与下筒体的内筒体直径可以一致；前者优点：1、避免上筒体齐聚物堵塞喷淋孔；2、刮刀直径小；3、喷头容易布置，多布置；4、挂在上下运动刮刀上的齐聚物容易被 EG 冲掉；前者缺点：1、大开孔，上筒体强度差，焊接变形大；2、下筒体的内筒体喷淋 EG 的覆盖密度降低；下筒体的内外筒体的间距：100200 毫米；主要考虑下喷淋 EG 能否将内外筒体的横截面全部覆盖（间距小，难以全部覆盖

11、） ，以及气流的悬浮速度。下筒体长度：一般为直径的 23 倍，主要考虑满足出气口、喷淋 EG 口、环管、支座、视镜的位置，其次考虑气流悬浮速度所需要的悬浮空间（夹带物在重力作用下的减速距离） 。C、环管直径：由循环 EG 喷淋量和速度流速决定；新良已有规定D、出气口直径：原则上由真空泵的抽气口直径决定；E、出液口直径：原则上由循环 EG 喷淋量和速度流速决定，但应考虑从刮刀上掉下的齐聚物能否通过的问题；3、喷头及喷头安装雾化喷头比降膜喷头好，特别在下筒体。安装雾化喷头的非标球阀：3 种非标球阀和各种流量的雾化喷头；雾化喷头带 X 芯，被安装在非标球阀的球体内；球阀在开启状态时，EG 液体通过球

12、体内的雾化喷头，以液雾、液滴状喷出；球阀在关闭状态时，打开阀体上的闷盖，可以对雾化喷头进行在线清理或更换；要注意的问题是：1、球阀在开启状态时，不能内漏；一旦内漏，部分 EG 液体未通过球体内的雾化喷头而进入捕集器，不但雾化效果差；而且 EG 流量也增大，且无法控制；2、正常情况下，EG 流量受喷头和压力控制，要调节流量，只能通过更换喷头和调节压力，千万不能调节球阀；球阀只能全开或全关；3、球阀全关，目的是对雾化喷头进行在线清理，或更换雾化喷头，或调节阀门的内部压紧螺母；4、盖板及夹套热媒温度要高：。5、仍然采用上下型气缸通棒,也可以考虑用液压通棒；我公司的通棒 3 种形式：分别为上下型、旋转

13、型、上下旋转综合型；效果：上下旋转综合型最好，缺点是高度比较高,是行程的两倍；上下型气缸通棒使用最广；我公司尚无旋转型的使用经历；旋转型需要现场装配；机械密封能否水平运输；若可以，则可在公司内装配好；2、EG 真空泵部分EG 真空泵是涤纶聚酯装置中获得和保持真空状态的基本设备，真空度越高，聚酯产品的聚合度就越高，粘度也越高，质量越好。引进设备中，3 个级间冷凝器都采用同样的筛板折流式结构，如图示意，即：冷凝器的内件由多层交叉设置的筛板组成；其基本工作机理是：EG 冷却液通过筛板上的小孔，以雨柱状自然下降，EG 蒸汽在筛板间绕行上升，与 EG 冷却液形成逆流接触，从而达到冷凝捕集或加热蒸馏的目的

14、。其普遍存在的缺点是：1、EG 冷却液为雨柱状，表面积小，间隙大，虽与蒸汽逆流，但接触效果差；使得冷凝捕集或加热蒸馏的效果都差；2、筛板上的小孔易堵塞，造成冷却液的分布不均匀，影响冷凝或加热效果，使真空度波动；严重时，还会引起气体短路，使系统真空度下降；3、筛板上的小孔堵塞后，即使停车也难以清除；冷却液容易飞溅进入下级喷射器，也会引起真空度波动；4、气体通过交叉设置的筛板时，流动阻力较大，造成前置喷射器的背压高，真空度低。 5、同时，3 个级间冷凝器使用同样温度的冷却 EG，也使得第一、二级间冷凝器的喷淋 EG 量过小，无法满足水分的蒸发量要求；图 5 传统筛板折流式 6、循环 EG 的含水率

15、过高，使得第一级间冷凝器的可凝性气体分压和工作压力过高，是影响工作真空度的根本原因。这说明，国外生产商的设计理念或理论有错误。为此，我们建立了自己的设计 EG 喷射真空泵的理论计算模式：A、最高工作真空度要达到 50100Pa，第一级 EG 喷射器的压缩比应小于或等于13，即：50 到 650Pa；因此，第一级间冷凝器的工作压力必须低于650Pa(5mmHg)；B、要保证第一级间冷凝器的工作压力达到低于 650Pa(5mmHg)，就需要第一级间冷凝器中的可凝气体分压尽可能地低于 400Pa(3mmHg)；为此，第一级间冷凝器的冷却 EG 进液温度应40，冷却 EG 出液温度应44；同时，应确保

16、循环 EG 的含水率应低于 1.5 (实际运行含水率低于 1.0) ；C、因此，对 EG 喷射泵机组而言，应把水分全部当作不凝气抽除；但其实际过程性质又是可凝的；D、因此：第二、三级间冷凝器必须具备充分蒸发水分的能力。由液环真空泵的工作能力确定：第三级间冷凝器的工作压力应为10Kpa，冷却 EG 进液温度应或略小于 60，则，冷却 EG 出液温度应100；如果确定第二级间冷凝器的工作压力为 3.3Kpa，则冷却 EG 的进液温度应60，冷却 EG 的出液温度应80；这时，真空热井的 EG 温度60；E、这样：第二级 EG 喷射器的压缩比为 5，即：650 到 3.3KPa；第二级 EG 喷射器

17、的压缩比为 3，即：3.3 到 10Kpa。F、第一级间冷凝器的作用是充分捕集和冷凝第一级喷射器排出的可凝性气体（EG蒸气和水蒸气） ，以减轻第二级 EG 喷射器的工作负荷，达到增大抽气能力、降低能耗的目的；第二、第三级间冷凝器的作用是：首先保证蒸馏水分，其次冷凝 EG 蒸气。为了达到理论模式规定的要求，我们设计了新型结构的级间冷凝器。对第二、第三级间冷凝器，我们采用雾化喷淋形式（结构见图 1） 。它的工作原理是：EG 液体经过雾化喷头后形成雾滴状喷出，在冷凝器筒体内形成均匀的、高密度的、雾滴状的 EG 液体，雾滴状的 EG 液体与被冷凝气体可以充分接触，达到对被冷凝气体中EG 蒸汽最佳的冷凝

18、捕集的效果；同时，EG 蒸汽将热量传递给 EG 液体，使 EG 液体中的水份得以充分汽化，达到降低循环 EG 中含水率下降的效果。同时，由于冷凝器内部没有其它构件（只有上部有喷头） ，不影响通导面积，气体运行阻力最小，也降低了前置喷射器的背压。对第一级间冷凝器，我们采用强制膜喷淋形式（结构见图 2） 。它的工作原理是：EG 液体经过强制喷头后，形成 30 米/秒流速的伞形的连续膜，象一个锅盖一样均匀地、毫无间隙地覆盖了冷凝器筒体的横截面，当被冷凝的气体逆向上升时，必须与强制膜充分接触，其中的可凝性气体被强制膜的正面完全吸收，达到最佳冷凝捕集的效果，大大降低了第二级喷射器的负荷；同时，加速下降的

19、环状 EG 液体对被冷凝气体产生抽吸作用（冷凝器相当于水喷射泵） ，大大降低了第一级喷射器的背压；此外，由于冷凝器内部没有其它构件（只有上部有喷头） ，通导最大面积，气体运行阻力最小，也降低了第一级喷射器的背压。三种冷凝器的优缺可以从汇总比较的表 1 中明显看得出来。图 1 雾化喷淋式 图 2 强制膜式表 1 三种冷凝器的比较项 目 传统筛板折流式 强制膜式 雾化喷淋式冷凝器内气流速度 3543 米/秒 1820 米/秒 1820 米/秒机械阻力 510mmHg 无 无液 流 抽 空 作 用 微小 -0.03MPa -0.08MPa 作用明显 -0.08MPa 作用明显冷却 EG 液流形状 雨

20、状或紊乱 膜状 雾状汽体与冷却 EG 液体热交换特点接触交换（有温差）扩散交换（有压差）抽吸交换（无压差、无温差）强制交换（无温差、有微压差）抽吸交换（无压差、无温差）雾状交换（无温差、有微压差）冷凝机理 有温差、压差 无温差、微压差 无温差、微压差主要冷凝发生及效果冷凝器中部，效果差在冷凝器底部和下液管内，效果最好在冷凝器全部，效果好主要蒸发发生及效果冷凝器中部， ，效果差 几乎不发生在冷凝器全部，效果好对喷射器影响 有飞溅进入下级泵 无飞溅进入下级泵 无飞溅进入下级泵冷却液量调整 复杂、不可计量 简单、可计量 简单、可计量维修、使用可靠性复杂、易堵塞、不可靠简单、不易堵塞、可靠简单、不易堵

21、塞、可靠3、系统配置对不同的涤纶聚酯生产工艺流程，我们认为应采用不同的真空系统配置。国外进口的 EG 蒸汽喷射真空泵基本上都是由三个 EG 蒸汽喷射器和三个级间冷凝器组成，并以 EG 液环泵作为前级排大气泵。配置流程如图 3 所示：我们分析、研究后认为：如果 EG 捕集器使用高温 EG（高于 40）进行冷凝捕集，以上方法可行；如果 EG 捕集器使用低温 EG（低于 40）进行冷凝捕集，则，EG 蒸汽喷射泵应采取由四个 EG 蒸汽喷射器和三个 EG 级间冷凝器组成的结构，这样，不但终缩聚釜真空度更高、更稳定，工艺流程容易调节，而且能耗也大大下降。具体配置流程如图 4 所示：1 2 3 4 5 6

22、乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙乙 乙乙 乙乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙乙 乙乙 乙乙 乙乙乙 乙乙 乙乙 乙乙1 2 3 4 5 67乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙乙 乙乙 乙乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙 乙乙乙 乙乙 乙乙 乙乙乙 乙乙乙 乙乙 乙1、 一级 EG 蒸汽喷射器；2、一级 EG 冷凝器；3、二级 EG 蒸汽喷射器；4、二级 EG 冷凝器；5、三级 EG 蒸汽喷射器；6、三级 EG 冷凝器图 3 3 级 EG 蒸汽喷射泵流程简图2、 第一级 EG 蒸汽喷射器； 2、第一级间冷凝器；3、第二级 EG 蒸汽喷射器；4、第二级间冷凝器；5、第三级 EG 蒸汽喷射器；6、第

23、三级间冷凝器;7、第二级辅助 EG 蒸汽喷射器图 4 4 级 EG 蒸汽喷射泵流程简图总结（设计规范）一、真空系统空气量及 EG 补充量：可凝性气体量及乙醛量与生产工艺及产量有关；空气量与产量有部分关（系统体积及配置的管道件） ，但不一定成正比例关系，今后大致按照下表定：第一级泵及第二极辅泵结构（扩压管喉径）根据产量进行圆整。产量（万吨年） 终缩聚 不凝性气体量（千克小时） EG 补充量：在工艺流程中容许真空系统用多少 EG，由聚友提供数据，由华达决定在真空泵系统及真空度调节系统的 EG 使用量，剩余为捕集器补充 EG 量（当然要留一定余量） 。二、捕集器工作参数及结构1、捕集器工作参数A、工

24、作压力：今后常规产品的工作压力就按 1.5/0.15KPa；B、工作温度：原则上，今后对低温工作状态不考虑；对小线采用高温喷淋；采用 40和 30高温；对大线采用高低温结合的二级喷淋：一级喷淋捕集聚合物和，二级喷淋降低尾气中的可凝性气体量。UFPP 采用 50和 25；FIN 采用 40和 25；补充 EG 分两路补充；一路从终缩一级热井至预缩一级热井；一路从终缩二级热井至预缩二级热井至预缩一级热井；终缩一级热井能否不补充，由华达再作进一步的理论分析。C、循环 EG 喷淋量：喷淋量考虑在理论计算基础上适当放大。UFPP 喷淋量大小主要从捕集效果（温升能否达到）和水泵功率两方面考虑（考虑 68温

25、升） ；FIN 喷淋量大小则是从捕集效果（横截面能否有效覆盖）和水泵功率两方面考虑（考虑 0.51.5温升） ；2、结构A、进气口的直径、壁厚由聚友决定（确定规格表） ；B、盖板、上筒体、及进气管夹套应统一采用气相或液相热媒，温度要；再采用气相事，上筒体与进气管热媒系统合二为一；在采用液相时，上筒体与进气管热媒系统应分开；C、出气口直径根据喷射泵进气口直径；D、出液口的直径主要考虑集聚物，最大为刮刀内径的四分之一的弦高；E、今后，环管不配；是不是要分为封闭的两半？环管直径按速度流速 11.5 米/秒计算？环管与连接管之间要装夹板式球阀；环管与球阀联结不要用软管；F、采用华达的雾化喷头；提供一套

26、备用雾化喷头；G、采用华达的非标球阀；检漏时先打开闷盖分两次试压；再盖上闷盖半开球阀试一次，要快，防止在密封圈上流下压痕；H、今后，除渣装置采用气缸上下形式；I、连接法兰采用 PN1.6 以上；热媒系统法兰采用 PN2.0 以上；密封垫片采用金属缠绕垫；非标球阀闷盖采用聚四氟乙烯密封垫；J、视镜设置 2 组；外筒体上、下方各 1 组；视镜密封垫片采用聚四氟乙烯；K、在外筒体上部设置吊装用吊耳（与上视镜成 90） ；L、由聚友公司提出捕集器的耳式支座的形式（挂或支） ，位置和大小由聚友公司决定，华达仅提参考；M、筒体长度要考虑出气口、下喷淋、环管、支座、吊耳的综合需要；N、下喷淋在下筒体的位置：

27、可根据环管、支座位置的综合需要，设置在下筒体的上方（出气口下方） 。三、喷射泵系统A、实行二级喷淋（带低温的）则应采用四个喷射器；只实行一级高温喷淋，则采用三个喷射器；B、采用四个喷射器时，UFPP 和 FIN 的真空度都可采用返流调节，或采用来自于蒸发器的蒸汽进行调节；C、采用三个喷射器时，UFPP 的真空度应采用管道阀调节； FIN 的真空度可采用返流调节，或采用来自于蒸发器的蒸汽进行调节；D、2C，3C 使用高温 60 EG；E、液环泵不指定厂家；若业主有规定则按业主的规定；F、EG 溢流：新鲜蒸发器真空热井 板冷液环泵打浆；E、汽液分离器带在蒸发器上，管道上不再带；F、蒸发器上压力可稍高，到喷射泵的蒸汽降压使用；或在 EG 蒸汽的管道上加热媒伴管；G、蒸发器采用 260265 的液相热媒；H、连接法兰采用 PN1.6 以上；热媒系统法兰采用 PN2.0 以上；密封垫片采用金属缠绕垫；I、真空管道上按华达要求留空气流量和抽 EG 能力测试口；向用户提供测试罩、空气流量孔板、和测试记录（华达重新制定测试办法） ，供用户进行真空仿制试验。