摘要：聚苯乙烯装置中的聚反应器及脱挥器，在实际运行中系统的真空度波动频繁，影响了产品质量。文中分析了系统真空度不稳定的原因，并采用加装冷凝器和冷却装置、减少进入泵中空气的体积、减小抽气量等技术措施，有效的控制了系统运行中的真空度。
关键词：真空度；泵；控制；冷凝器
在聚苯乙烯装置中，有2个关键的容器设备，即预聚反应器及脱挥器，它们都是在真空状态下操作的。容器的真空度变化会直接影响到产品的质量。
实际操作过程中，系统真空度的波动不能完全避免，环境因素的影响也使它具有一定偶然性。所以，必须科学、精细的管理和操作，来最大程度的降低容器真空度的波动。
1 工艺因素
1.1 系统密封
系统密封不良，系统中易进入空气。实际操作中比较容易被发现，它一般发生在液环泵的入口；罗茨泵的出入口；以及系统管线上的法兰等与大气接触的部位[1]。
在工艺操作上通过对压力表的观察，可以断定泵的密封情况。
尽力保持压力控制器的输出，使阀位保持在4%～6%，如果操作控制器不能达到要求的真空度，可能是预聚系统漏进空气。在实际生产中，少量的漏气，并不会对系统真空度产生大的影响。例如：在给罗茨泵齿轮箱加油，打开其中一个死堵时会有明显的抽吸感，但是系统真空度不会有太大波动。
1.2 预聚合反应器中热量过多
在第一预聚合反应器中，反应是在40.8 kPa的绝对压力真空状态下进行。苯乙烯聚合过程中放出热量，致使材料产生气体，影响了系统的真空度。
1.3 不凝气未及时排出
由于采用了气化制冷的方法，因此可以控制反应温度，也就控制了反应率。高温气体在第一预聚反应器的冷凝器中与冷却水换热冷凝，不凝气向大气放空，若有大量的不凝气未及时排出就会造成系统的真空度下降。
聚合反应出来的聚合物在脱挥过程中，未反应的苯乙烯和乙苯立刻闪蒸并从聚合物中汽提出来，闪蒸的气体在脱挥冷凝器中与急冷水换热冷凝。冷凝液被收集，不凝气排放到大气，不凝气的排放必须完全、彻底。
1.4 回流管堵塞
有时到达预聚合部分的回流线中存在流体，发生堵塞。泵的真空度很大，而此时预聚合系统中的真空度却不足，可以判断是回流管出现问题。通过检查真空泵控制阀可进一步确认堵塞问题，尝试用旁通线。如果确定是阀的原因，要用手阀手动控制真空度，同时对阀进行检修。
2 设备因素
2.1 泵的精度低
目前我国国产罗茨泵按现行标准合格率在70%左右，如果与国际先进水平相比，综合性能差距更大[2]。在泵的预抽真空系统，气体通过进气口的旁路管路进入液环泵，气体同工作液一起通过连通管进入分离器，气液分离后通过分离器顶部排气口排出。当系统压力降低时，气体会通过进气口进入罗茨泵，排出后进入液环泵，这就降低了系统的真空度。
2.2 液环泵的吸入真空度
液环泵的结构示意见图1。
图1 液环泵的结构
由图1可见，当泵的叶轮顺时针旋转时，液体被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，液体形成了与泵腔形状相近似的封闭圆环。液环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切，液环的下部内表面刚好与叶片顶端接触。如果以叶轮的上部为0°起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外[3]。
当系统压力达到绝对压力6 kPa（即液环泵入口达到吸入真空度）时，受大气压强作用工作液通过连通管进入分离器，在分离器中气液分离后气体通过分离器顶部排气口排出。在泵的入口如果存在大量的空气，循环液不能够及时进入吸入室，泵体会瞬间升温，造成干吸状态。这时需关闭蝶阀，此时排出气体会通过进气口进入罗茨泵，在真空系统工作中，管道中的气流总是由高压流向低压，而泵内的气流则总是由低压流向高压，这样抽出的较高压力的气体再次进入液环泵，而在分离器那里的工作液通过换热器换热后再返回液环泵中。冷却压缩产生的热和被抽气体带入的热被释放掉，从而完成自身的冷却。所以操作过程中要定期检查循环液液位，防止由于液位不够造成系统的压力波动。
3 系统真空度的控制
3.1 加装冷凝器和冷却装置
循环液的不连续性造成液环真空泵内部冷却器冷却速度不够，使系统的真空度产生波动。安装冷凝器（A）和功率为125.4 MJ/h的冷却装置（B），可以提高冷却速度，稳定系统真空度，见图2。
图2 加装冷凝器和冷却装置
为了尽量使机组的体积小些，可设法使待抽的空气在进入泵机组之前冷凝，这样剩下的就是非可凝性气体和微量残余气体。气体降温后在相同压力下体积也减小。所以冷凝后所需抽气量减小。
先用罗茨泵抽出水蒸汽，并在现有工艺压力下进行冷凝，该压力下冷凝温度为36℃，可使冷凝器的冷凝温度保持在30～35℃之间，用普通冷却水冷却。
3.2 降低泵的抽气量
水蒸汽冷却后只剩下非可凝性气体。在压力很低时，水蒸汽的比容很大，这些可凝性蒸汽冷凝后，导致泵的抽气量大幅降低。另外，不论蒸汽是否冷凝，在同样压力下只要气体温度降低，其容积流量就会减少。
4 机组的操作
4.1 启动泵
机组中有旁通阀时，先启动液环泵，接着开动罗茨泵、液环泵。抽气速率增加，这样很快达到罗茨泵的预真空，进排气压差较小，阀门自动关闭（或人工关闭），机组正式工作，这种方法能大大缩短预抽时间，罗茨泵的旁通阀位置见图3。
图3 罗茨泵的旁通阀
4.2 泵的排出压力
机组的性能在很大程度上取决于罗茨泵的允许排出压力。该允许值越低，水环泵作为前级泵的可能性就越小。如果罗茨泵的允许值为1～10 Pa，而不论单、多级的水环泵，其极限压力均大于这个数值，因此就不可能单独与罗茨泵组合使用，而需要加二级气泵。若罗茨泵排出压力允许值大于100 Pa，则前级的水环泵可以作为罗茨泵的前级泵，这就大大地扩充了前级泵的应用范围。
4.3 泵的返流
由于罗茨泵的内部构件之间存在着间隙，因此有返流存在。这种返流受进口压力和出口压力的影响，即使是同一台罗茨泵，使用不同的前级泵时，其抽气速率也会有所不同。
5 结束语
聚苯乙烯装置需要长周期连续运转，因此控制系统真空度，必须建立准确的状态检测和设备管理方案。
（1）泵在启动前必须预充3 L工作液，保证工作液液位符合要求。
（2）由于泵的工作液温度过高，会降低泵的抽气量，所以必须控制工作液温度低于65℃，并注意不断补充工作液。
（3）泵停止运转后应及时排空。
（4）泵在使用20 000 h后，轴承及附近空间内的油脂需排除，并拆装检修液环泵补充新油脂。
