电缆中间箱H 电缆绝缘料2240H产品的开发与生产

　　摘 要：主要介绍了2240H产品的生产技术指标、生产工艺控制、产品质量控制以及转牌号方案等等，通过摸索与调整工艺参数，成功开发了2240H产品。　　关键词：高压聚乙烯；技术指标；生产工艺控制；产品质量
　　前言
　　LDPE是用高压工艺生产的，压力为 122～303MPa ，温度为 130～350℃，聚合时间非常短，一般为15s 到 2min 。产品结晶度较低(45～65%)，密度较小(0.910～0.925)。产品具有质轻、柔性、耐寒性、耐冲击性较好。LDPE广泛应用于生产薄膜、管材、电缆绝缘层和护套。针对化工市场对高端电缆绝缘料短缺实际，进一步加大新产品开发力度，兰州石化高压聚乙烯装置于2010年4月15日成功开发出4000吨35千伏电缆绝缘料2240H新产品。
　　1 装置简介
　　兰州石化公司20万吨/年高压聚乙烯装置引进德国Basell公司LUPOTECHT管式法反应器技术，以乙烯为主要原料，以醋酸乙烯为共聚单体，以过氧化物为引发剂，丙烯、丙醛为分子量调整剂，聚合反应是采用乙烯单点进料，过氧化物四点注入的脉冲式反应。装置主要采用DCS控制系统，挤压造粒系统、风送系统、废气处理系统等由PLC控制，同时有ESD紧急停车安全系统。
　　1.1工艺流程叙述
　　乙烯在一定的压力下进入装置，经过一次压缩机压缩到25.0～30Mpa,然后进入二次压缩机，二次压缩机将乙烯升压至反应压力（270Mpa），然后送入反应器，在过氧化物的引发下进行聚合，经脉冲阀脉冲出料，然后依次经过高压分离器进行分离，未反应的乙烯经高偱系统返回二次机入口，产品进入低压分离器后进入挤压机，经挤压造粒，储存，合格的产品被送入包装。分离出的乙烯气经低循系统后返回增压机。
　　1.2工艺流程简图
　　兰州石化公司20万吨/年高压聚乙烯装置工艺流程简图见图1。
　　图1 兰州石化公司20万吨/年高压聚乙烯装置工艺流程简图
　　2 2240H产品工艺指标
　　通过产品熔体流动指数、密度、相对分子质量分布的控制以及电缆绝缘料产品的性能要求，制订了2240H的产品质量控制指标，见表1。
　　3 2240H生产工艺条件控制
　　3.1分子量调节剂控制
　　丙醛、丙烯都可以作为高压聚乙烯的分子量调整剂。目前兰州高压聚乙烯生产中丙烯的调整能力大约为丙醛的十分之一。在生产2240H时，用丙烯替代丙醛做调整剂，能够减少材料中极性基团含量，提高材料的介电性能，而且自由基发生分子内和分子间链转移的频次较高，所以丙烯的加入可以提高材料的支化度。另外，由于高浓度调节剂增加链转移，使反应不易形成高相对分子质量的聚合物。无论是链转移或链终止都是避免链继续增长，降低高相对分子质量聚合物的产生几率【1】。因此，在牌号的切换过程中采取缓慢降低丙醛流量，缓慢提高丙烯流量且两个动作同时进行，直至停止丙醛注入。兰州石化高压聚乙烯车间于2010年4月15日14：28开始由2420H转牌号到2240H，14：28开始加丙烯，丙烯压力1.4MPa，温度为60℃，到16：09时丙烯调节阀FQRC12043开度65%，丙烯流量515kg/h。丙醛于14：39开始降低，16：25时完全停止。丙醛与丙烯加入量见图2所示。
　　表1 2240H产品指标（LSZB 107-2010）
　　图2丙醛与丙烯量变化关系图
　　正常生产过程中，严格控制丙烯温度在60℃左右。 由于丙烯是气态进入系统，按照体积流量进行设定和控制。温度对体积流量影响较大，稳定温度才能保证配比合格。通过调整换热器出口温度，稳定低压蒸汽压力，调整丙烯温度调节阀的PID参数，进而保证丙烯体积流量的稳定，保证了熔体流动速率的稳定。
　　3.2反应压力和温度控制
　　2240H的密度为0.9180-0.9210g/cm3，比较低，需要降低反应压力，每次降低1～2MPa。
　　在其他条件不变的情况下，聚合过程中压力降低，乙烯浓度降低，大大降低了游离基与乙烯分子或活性增长链与乙烯分子的碰撞机会，进而得到较多的主长链，产品的平均分子量降低，熔融指数增加，同时相应地降低了活性链增长链与乙烯单体碰撞机会，因而得到较多支链的长主链，支化度增加，结晶度降低，产品的密度降低。反应温度升高有利于链转移速率和链增长速率的提高，但链转移反应速度较链增长的速度增加的快，平均分子量降低，产品的熔融指数增加，链转移速度增加之后，造成大分子带有较多的支链和长支链，因而支化度增加，结晶度降低，产品密度降低。
　　因此，压力和温度这两个参数，对熔融流动指数和密度的影响起着相互抵消的作用，实际生产中，当引发剂加入量过大，温度很快达到聚合温度，而由于压力调整慢，二者往往差距较大，即低压下聚合，使产品分子量低，熔融流动指数高。生产中引发剂量加入过小，则温度升的慢，低于正常聚合温度，而压力升的快，但还没有达到正常操作压力，此时聚乙烯分子大，熔融流动指数低，产品不合格。必须采取措施，做相应调整，使温度和压力比较协调地升到聚合要求条件，才能满足产品质量的要求。
　　4月18日，在反应温度169℃不变的情况下，反应压力在258MPa与259MPa下，产品的指标见表2。
　　表2 在169℃下，不同压力下产品的指标
　　4月19日，在反应压力260MPa不变的情况下，反应温度在169℃与170℃下，产品的指标见表3。
　　表 3 在260MPa下，不同温度下产品的指标
　　所以，在降压过程中注意提高过氧化物泵的冲程，控制反应温度在指标范围。降压后观察温度变化情况，10～15分钟后再降压，及时调节过氧化物注入量。同时根据密度的变化不断调整调整剂的加入量，确保产品密度在控制指标范围内。本次生产中，于2010年4月15日16：06将反应压力开始由270MPa降至258MPa，18日提至259MPa，19日提至260MPa。于4月19日将预热器温度TI-13096由169℃提高至170℃。反应器温度控制指标：TIC13150:295℃、TIC13151:303℃、TIC13152:303℃、TIC13153:298℃。