聚酯装置

2024-11-23

聚酯装置（精选3篇）

聚酯装置篇1

近年来,中国聚酯工业高速发展,聚酯纤维在化纤产量中的比例一直遥遥领先。随着聚酯工业国产化能力的越来越强,在江浙沿海地区逐步形成了几个大的聚酯化纤工业园区,为当地经济繁荣和我国经济发展做出了巨大贡献,逐步改变了我国以往聚酯纤维和切片主要依靠进口的状况!

随着聚酯工业发展的越来越大、越来越重要,为了使聚酯工厂设计更规范、合理,我国发布了国家标准《聚酯工厂设计规范》(GB 50492—2009)。

1 聚酯装置简介

1.1 聚酯工厂

聚酯工厂指以对苯二甲酸(或对苯二甲酸二甲酯)和乙二醇为原料,生产对苯二甲酸乙二醇酯(聚酯)的工厂。它的生产装置包括原料对苯二甲酸的卸料和输送(或对苯二甲酸二甲酯的储存和输送)、浆料调配、添加剂调配、酯化(或酯交换)、缩聚、切片生产以及与后续直接纺丝装置衔接的聚合物熔体管道。它的辅助生产设施包括化验、熔体过滤器清洗、热媒站、罐区、原料和成品的仓库、维修[1]。近年来,我国的聚酯工业高速发展,聚酯纤维在化纤产量中的比例一直遥遥领先,占据主导地位。

1.2 聚酯装置

聚酯装置是聚酯工厂中最主要的生产装置,各种原料的调配、酯化(或酯交换)、缩聚等反应过程都是在聚酯装置中进行。也就是说聚酯工厂中的主要化学反应都是在聚酯装置中进行,其余的建筑和设施都是为配合聚酯装置生产的辅助设施,可见聚酯装置在聚酯工厂中的重要地位。所以在聚酯工厂中聚酯装置的合理设计尤为重要。

2 聚酯装置的结构特点

聚酯装置结构形式一般为钢筋混凝土现浇框架结构,柱网一般为8 m×8 m,建筑面积约为10 000m2,主体结构四层,楼层标高一般为:6.5 m、14 m、21 m、27.5 m,主体屋面高度为27.500 m,局部有设备间及楼电梯间突出屋面。

由于工艺布置的复杂性,以及其他各配合专业交叉较多,所以聚酯装置各楼层中集合了众多的大型反应设备、各种类型的原料输送管线、设备支撑及操作钢平台等。

所以聚酯装置的结构特点是:层高高、荷重大、荷载类型多、工艺设备及管线布置复杂、荷载计算组合的工况类型多、各专业交叉及预留预埋条件复杂、主体结构形式相对简单等。

3 聚酯装置的荷载分析与布置

3.1 荷载类型

由于聚酯装置结构中设备和管线布置的复杂性决定了结构计算和分析中的荷载类型的多样性。具体以一个楼层为例,有设备及设备中物料的荷载、楼面操作的均布荷载、工艺管线的支撑与吊挂荷载,墙体及设备基础的自重荷载等;就设备荷载而言又分为设备的空载、正常生产情况下的荷载,以及在设备事故情况下的事故荷载;设备在楼面上的运输荷载;有振动设备的动荷载影响计算等。

3.2 荷载分析与计算

根据规范《聚酯工厂设计规范》(GB 50492—2009)第11.2.2条生产装置厂房的设备荷载应按设备条件确定,并应依据动荷载的影响进行计算。楼面安装、维修荷载的数值和范围应与重型设备的运输路线相适应。计算非设备区楼面等效均布活荷载时,主梁可按5.0 kN/m2计算,板及次梁可按8.0 kN/m2计算[1]。

3.2.1—般情况下的荷载分析与计算

一般情况就是指在各设备和管线正常生产无故障发生的情况,这是聚酯装置结构的一个通常情况,是一种常态。

1)板及次梁计算:在这种情况下非设备区楼面等效均布活荷载计算时可取8.0 kN/m2;有设备区域,设备荷载按事故荷载计算,有振动设备时应同时考虑动荷载的影响。有设备区域扣除设备影响部分面积外的楼面等效均布活荷载一般也可按8.0 kN/m2,若有材料堆载或设备检修、拆卸、组装等零时荷载时应按实际情况取值。

2)主梁计算:在这种情况下非设备区楼面等效均布活荷载计算时可取5.0 kN/m2;有设备区域扣除设备影响部分面积外的楼面等效均布活荷载一般也可按5.0 kN/m2;其余荷载取值与1)相同。

3)框架柱和柱基础计算:由于近些年来工艺布置的不断优化以及自动化控制的能力越来越高,聚酯装置中在正常生产情况下需要的操作人员越来越少,主要的人员都集中在控制室中,在生产车间中一般只需要2～3人值班即可,所以聚酯装置中的楼面均布操作活荷载越来越少;并且在正常生产这种常态情况下设备荷载变化不大可以按恒载考虑。经过对以往已建成工程的调研,以及在设计当中的不断摸索和优化,对框架柱和柱基础计算进行了较大优化。

在这种情况下非设备区楼面等效均布活荷载计算时可取5.0 kN/m2;有设备区,设备荷载按正常生产情况下的荷载(一般情况下是事故荷载的60%～80%左右)按恒荷载输入,有设备区域扣除设备影响部分面积外的楼面等效均布荷载取值3.0 kN/m2也按恒荷载输入。在这种优化下,即满足了安全、经济的设计要求,又较好的符合了装置生产的实际情况。经过这种优化计算柱和基础的断面和配筋更加合理更加经济,为设备和管线的布置提供了较大的操作空间,取得了不错的经济效益。

3.2.2 运输情况下的荷载分析与计算

由于聚酯装置中有很多大型设备,这些设备的空重有的已经达到130 t,有的主体部份长度达到12 m左右,有的高度达到24 m左右。在结构设计阶段应该综合考虑这些设备的起吊,在楼层上的运输、就位、安装等问题的验算和核算,确保结构在各种工况下都保证安全性。运输路线由工艺专业提供,结构专业核算确认。运输荷载一般包括设备空重,运输轨道的重量,牵引运输过程中的动荷载等。一般情况下运输荷载由梁直接承担,在运输路线上铺满导轨,使荷载均匀、直接的传导到设计中考虑了运输荷载的梁上。

1)运输荷载支撑构件的确定

首先,框架柱是间接受力构件,在运输荷载这种零时荷载作用下可不进行计算。

其次,楼板由于厚度小且运输荷载较大,若考虑用楼板承担则非常不经济,所以也不考虑楼板。

再次,次梁要根据实际情况来考虑是否作为运输荷载的支撑如图1中所示,如果在运输路线上次梁连续且布置间距不大,可采用次梁。这种情况下采用次梁的好处是铺设导轨所采用的型钢长度小、型号小,铺设难度小,容易满足要求且所用钢材总量较少。缺点是次梁的混凝土和钢筋用量增加。如果次梁由于各专业的预留预埋的要求不能连续或布置间距过大,上面说的优点就不太明显。

最后,框架梁作为运输荷载的支撑如图2中所示,优点是力传导明确,验算、核算简单,不受其他专业预留预埋布置的影响,混凝土和钢筋用量增加较少。缺点是导轨需要的长度大、型号大,铺设不易满足要求,所用钢材总量较大。但是在选择导轨之前做好规划,选择好导轨的型号,后期制作钢结构时完全可以消化掉这些钢材。

所以综合来讲用框架梁作为运输荷载的支撑是最为经济,限制条件最少的。所以大多数情况下由于各种原因的影响用框架梁作为运输荷载的支撑较多。

2)运输路线上荷载的确定

在大型设备运输安装期间,设备都是空重,并且各种管线还未铺设,运输路线上的其余小型设备按顺序还未吊装,楼面均布活荷载只有设备安装运输的操作荷载。运输路线上的恒荷载按当时的实际情况输入,例如墙体为了满足安装还未砌筑可不考虑其荷载。楼面均布活荷载可按3.0 kN/m2输入。设备空重在支撑梁上的荷载分配按设备的外型尺寸以及设备支腿的长宽按比例分配。此时要注意的就是边框架梁,也就是图1、图2中的设备吊入口处的框架梁,此框架梁为设备与结构的第一支撑梁,设备起吊到要求高度后要调整、摆动、倾斜进入楼层的支撑梁上,由于在入口处有这样一系列复杂动作,所以对边框架梁的设备荷载分配比例要适当加大。待设备在第一支撑梁上支撑好后,就可以用卷扬机等牵引机器把设备从轨道上牵拉到就位位置完成安装。

3)其余注意事项

结合设备运输安装的过程还应注意以下事项:由于有些设备的高度超过一个楼层的高度,所以局部有些影响设备吊装的混凝土梁要后作;运输安装前运输路线上的墙体要后砌筑;某些影响运输的设备基础要后作;运输路线边跨上的雨篷、挑檐等妨碍吊装的构筑物都要后浇筑,先预留插筋;按工艺要求的吊点、吊环要布置好并核算相关支撑梁等等这些问题都要在设备运输安装前解决好。

3.3 计算结果的应用

经过以上一些列的荷载分析和验算、核算后得到的计算结果应该如何应用呢?

框架柱和柱基础以及板直接应用一般情况下的分析计算结果。

梁要把两种情况下的分析计算结果进行比较,按较大的计算结果执行。

4 结论

由于聚酯装置中的设备多,体型复杂且荷重大,荷载类型多,工艺布置复杂,各专业交叉多,结构计算时应分析的工况多等等以上情况,本文总结提供了根据以往设计和实际调查的一些荷载布置的心得和经验,现写出来以供广大结构工程师参考和探讨,以便设计出更加符合实际情况,安全、经济、实用的结构来。

摘要：随着聚酯工厂的数量越来越多、规模越来越大,聚酯工厂的合理设计越来越显得重要。为此2009年11月1日发布实施了以中国纺织工业设计院主编的国家标准《聚酯工厂设计规范》(GB 50492—2009)。结合以往设计经验以及对已建成项目的调研,对聚酯工厂中的最主要的生产装置-聚酯装置的荷载分析与布置进行了总结,以供结构设计工程师参考。

关键词：聚酯工厂,聚酯装置,一般荷载,运输荷载

参考文献

[1] GB 50492-2009,聚酯工厂设计规范[S].北京:中国计划出版社,2009

[2] GB 50009-2001,建筑结构荷载规范(2006年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002

[3] GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002

[4] GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002

[5] 龙驭球,包世华.结构力学教程[M].北京:高等教育出版社,1999

聚酯装置篇2

众所周知, 高粘度聚酯是生产饮料瓶、高强力工业用丝、帘子线和工程塑料的主要原料。这种原料的传统生产方法为固相缩聚, 效率低, 成本高, 工艺复杂。与此相比, 由特殊的脱挥器组合成的高粘度聚酯 (PET) 液相连续缩聚装置, 兼容目前聚酯连续生产缩聚釜与间歇生产缩聚釜优点于一体, 采用液相缩聚, 不仅工艺先进, 而且特点突出。

产品优质, 生产高效

与传统的固相增粘相比, 高粘度聚酯 (PET) 液相连续缩聚装置的工艺流程短, 反应时间短, 可以大幅降低聚酯生产过程中的增粘成本 (不低于80%) , 而且产品质量很高, 可实现高粘熔体直接纺丝, 从而极大地提高了生产效率。

结构简单, 竞争力强

与同类产品相比, 高粘度聚酯 (PET) 液相连续缩聚装置的设备结构简单, 单位物料在反应釜内具有的不断更新的传质蒸发面积要高出十几倍, 从而有效地降低反应温度和液相增粘的反应时间, 提高产品与设备的竞争能力。

功能齐全, 一机多用

特别需要指出的是, 如果将各种改性剂联通熔融态低粘度聚酯一起放入高粘度聚酯 (PET) 液相连续缩聚装置的釜内, 可以生产出均匀的具有各种性能的聚酯“合金”产品。

企业升级, 大有可为

该装置特别适合现有聚酯 (PET) 企业的技术改造。与短丝设备配合, 可生产高强力短纤维, 可提高中空三维卷曲短纤维的保暖性能和单位重量的充填体积, 可改进产品性能;与长丝设备配合, 可改变普通长丝生产多年来品种单调的弊端, 使一条聚合生产线生产几种不同粘度不同性能的终端产品;与瓶级切片厂配合, 即可降低增粘成本80%, 又可提高工厂综合生产能力10%。

废物利用, 绿色环保

聚酯装置篇3

辽阳石化分公司聚酯厂聚酯固相装置(SSP)是2001年从美国HOSKAWA BEPEX公司引进,年产10万t瓶级聚酯切片。其生产工艺流程包括切片喂入(T01)、预结晶器(6810)、结晶预热器(6820)、结晶器(6830)、反应器(6840)、硫化床除尘冷却器(6850)及风送等辅助设备,如图1所示。

瓶级聚酯切片生产采用连续固相缩聚方法生产高相对分子量聚酯。将相对分子量较低的聚酯预聚粒子加热至其玻璃化温度以上,熔点以下,在惰性氮气保护下,使聚合物链末端有足够的活性继续进行缩聚反应,进而生成高相对分子量的聚酯。固相聚合反应特点是产物色泽好、端羟基少、能制造高粘度的瓶级聚酯切片。

SSP装置生产过程:切片料仓内未增粘的聚酯切片经风送至固相缩聚工序。固相缩聚生产过程可分为6部分:

(1)切片喂入(T01):未增粘切片从料仓气流输送到固相聚合装置区,再进入喂入料斗,经计量后恒定出料。

(2)预结晶(6810):用热氮气在预结晶气内循环,使切片升温至结晶温度,搅拌切片防止粘结,热氮气经过滤、除尘加热,并经鼓风机循环使用。

(3)结晶、干燥(6820;6830):经预结晶后的切片,在氮气保护下进行干燥和再结晶,切片被加热、干燥到含湿量50×10-6以下,然后切片送入固相缩聚反应器。

(4)固相缩聚(6840):热切片经回转给料器送入固相缩聚反应器,在逆流氮气气流中加热而缩聚,聚合物表观粘度增加。切片最终特性粘度为0.84。

反应中产生的少量水、乙二醇和微量粉末,随着加热介质氮气带出,氮气经净化系统净化后,返回固相缩聚反应器循环使用。

(5)冷却和出料(6850):切片从固相缩聚反应器出来,经流化床冷却器,用冷氮气使切片降温,冷却后的切片进入切片输送缓冲罐,并用气流输送系统把切片送到分析料仓储存。

(6)切片输送、储存及包装:切片经密相气流输送系统送入切片储存料仓,切片输送管线上装有换向阀,可以使切片送入任何一个料仓,料仓下部设有大包装自动包装系统,切片经称量、包装后,送入成品仓库或汽车槽车散装外运。

2 存在问题

6820反应器温度是固相聚合黏度控制的重要指标,反应器温度(TI2004)的波动会造成黏度不稳定。切片料仓内未增粘的聚酯切片风送至固相缩聚工序过程中,由于过程较长,切粒温度在夏季和冬季的温差较大,对6820反应器的温度影响也较大。由于TI2004只作为6820反应器的温度指示,不作调节,当反应器温度出现波动时,难以及时进行温度调节,影响产品质量和产量。6820反应器原温度监控方案如图2所示。

经过查阅资料和现场研究论证,在不用投资的前提下,对6820反应器的温度控制系统进行优化改进,确保反应器温度稳定,调控及时,保证产品质量和生产稳定运行。

3 温度控制方案改进

为了能够随切片温度变化及时调整泵出口温度,将6820反应器温度指示TI2004改为温度调节器TIC2004,并与给反应器轴加热的热媒温度调节器TIC2005和给6820反应器壳体加热的温度调节器TIC2006组成双串级控制回路,反应器的温度调节器(TIC2004)作为主控回路,调节器TIC2005和TIC2006分别作为副回路。

这样就可以对6820反应器的温度进行及时跟踪调节,特别是可以克服因冬季进料温度波动大时造成调节不及时的现象,从而提高了调节品质,降低了温度波动对产品黏度的影响。6820反应器温度控制改进方案如图3所示。

4 控制方案组态

SSP装置采用EMERSON的Dlta V DCS控制系统,实现集中监控。上述优化控制方案在Dlta V系统中可以方便地得以实现。

4.1 控制方案组态

打开Delta V Explorer窗口,在Library/Module Templates/Anolog C ontrol文件夹中找出PID_LOOP模块,将该模块拖拽至规定的区域文件夹中,点击打开该文件夹,把PID_LOOP模块改名为TIC2004。右键点击TIC2004,在下拉菜单中选open with control studio选项,打开TIC2004的control studio组态窗口,在标准模块栏中找出需要的模块,并拖拽到编辑窗口中,按照图4所示的连接方式完成模块连接。

4.1.1 功能块Splitter function block

Splitter function block在此作为扇出功能块,是组态成一个主回路带多个副回路串级回路所需的模块,其内部参数的设置如表1所示,输出特性如图5所示。通过这样的参数设置,实现一个输入有两个同样的输出,且两个输出的数值与输入大小相同,即实现该模块的out1=out2=cas_in。

4.1.2 功能块B/G function block

B/G function block是一个根据设定值、输入值或增益来进行计算,其结果作为输出值的模块。根据工艺生产需要,进入搅拌轴的热媒温度要比进入反应器壳体热媒温度高6℃,即TIC2005设定值比TIC2006设定值高6℃,该模块即实现这一功能的模块。B/G功能块输出Out=(Sp+Cas_in)x Gain,SP参数在此作为6℃偏差的浮点数值,Sp=6/TIC2005的量程=6/350-0=0.017,其参数设置如表2所示,输出特性如图6所示。

4.1.3 PID模块参数配置

PID模块参数设置包括输入输出通道、量程、工程单位、报警点等。

4.2 画面的修改

打开图形工作室画面,在6820反应器画面上,将图2中无关的3个温度点改为图3所示的串级控制点画面,作好数据链接和一些设置并保存。

4.3 下装

组态完成后,把该控制点TIC2004分配给相应的控制器,将新的组态内容对该控制器进行下装,并进行现场调试,调试完成后交工艺投入使用。

5 结语

改进后的新方案实施后,经过一冬季的考核,大大提高产品质量和优级品率,实现了预期目标:

(1)完全能够保证6820反应器温度调控更加及时、平稳,瓶片黏度更加稳定。

(2)温度控制平稳,提高了产品的优级品率。优级品率提高0.5%,优级品和合格品差价600元/吨,每年生产瓶片10万t,可创效益:0.5%×600×100000=30万元/年。

参考文献

[1]郑晓明,等.固相聚合装置工艺技术规程[M].2001