楊新春

（1.蘭州石化公司，甘肅蘭州 730060；2.中油國際（蘇丹）化工公司，蘇丹喀土穆 10559）

1 丙烯聚合釜結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

中油國際（蘇丹）化工公司的丙烯聚合釜是采用間隙式液相本體法生產(chǎn)聚丙烯的關(guān)鍵設(shè)備，公稱容積12 m3。主要由帶水夾套的立式圓柱形反應(yīng)容器（直徑2000 mm）、螺帶式攪拌器、機(jī)架、減速機(jī)、電機(jī)、雙端面機(jī)械密封以及物料管口和儀表測量元件管口等部件組成。

1.2 工作原理

原料精丙烯、活化劑和催化劑由釜頂部加入，開始反應(yīng)前用泵將熱水送入夾套內(nèi)，聚合釜溫度升至，開始產(chǎn)生聚合物并放出熱量。此時外部調(diào)節(jié)裝置切斷熱水，泵將冷水加入聚合釜夾套和指形管內(nèi)導(dǎo)出反應(yīng)熱。反應(yīng)結(jié)束后，打開丙烯回收閥，聚丙烯粉料噴入閃蒸釜，單釜生產(chǎn)結(jié)束，開始下一周期循環(huán)。在生產(chǎn)過程中，攪拌軸應(yīng)不停轉(zhuǎn)動且不許反轉(zhuǎn)。

2 故障描述

2015年年底以來，該公司陸續(xù)更換了5臺聚合釜，將原填料密封式聚合釜更換為雙端面機(jī)械密封式聚合釜。新聚合釜投用后產(chǎn)量增加明顯，但投產(chǎn)一段時間后，出現(xiàn)機(jī)械密封失效、丙烯從機(jī)封頂端處泄漏，機(jī)架軸承溫度過高等問題。

3 故障分析及解決辦法

3.1 雙端面機(jī)封軸套O形圈失效

聚合釜采用兩端平衡性、帶調(diào)心軸承的ML2261N-150A型雙端面機(jī)械密封（圖1），工作壓力4.0 MPa，外置增壓罐與加油泵組合的隔離流體系統(tǒng)。

3.1.1 故障現(xiàn)象

聚合釜機(jī)封頂端傳動圈附近檢測出丙烯泄漏，且有輕微的噴氣聲。

3.1.2 原因分析

（1）機(jī)封頂端傳動圈方頭緊定螺釘產(chǎn)生松動，使軸套與攪拌軸產(chǎn)生打滑，軸套O形圈嚴(yán)重磨損產(chǎn)生泄漏。

（2）軸套O形圈裝配過程中損壞或沒有安裝平穩(wěn)或安裝不到位產(chǎn)生泄漏。

（3）攪拌軸聯(lián)軸器壓蓋螺母松動，造成軸上、下竄動，引起機(jī)封頂端傳動圈上的緊定螺釘松動，導(dǎo)致軸套O形圈泄漏。

3.1.3 解決辦法

（1）將釜內(nèi)壓力降至零，用氮氣置換掉釜內(nèi)殘余丙烯氣體；擰松機(jī)封頂端傳動圈方頭緊定螺釘，將傳動圈和緊定套提至頂部擰緊螺釘，防止其下滑。

圖1 ML2261N-150A釜用機(jī)械密封

（2）擰下壓緊圈上的內(nèi)六角螺釘，將壓緊圈提起，取出軸套O形圈，必要時可破壞O形圈將其取出，但不能損壞軸與軸套。

（3）將放O形圈的槽內(nèi)擦拭干凈，并均勻涂上干凈的潤滑脂。

（4）如果傳動圈上方的軸上有備用O形圈，則直接將備用O形圈拽移到下方更換。

（5）如果沒有備用O形圈，可將新的O形圈用刀片橫向切開一個缺口，缺口要一刀切開且平整干凈，將其繞過軸，用雙手緊捏斷口兩端（捏緊處離斷口約5 mm），另一人將粘結(jié)劑涂在斷口表面（粘結(jié)劑要適量、不要溢在槽內(nèi)或O形圈表面）。

（6）檢查試?yán)辰Y(jié)且固化好的O形圈斷口處，確認(rèn)粘結(jié)牢固后放入槽內(nèi)，勻壓在槽底且不可用尖銳工具壓O形圈，放下壓緊圈、擰緊內(nèi)六角螺釘。

（7）放下傳動圈和緊定套，使緊定套的3個剖縫與方頭緊定螺釘錯開一定角度，并且緊定套的3個剖縫端面處于一個平面，擰緊方頭緊定螺釘。

如果軸套與攪拌軸產(chǎn)生打滑或攪拌軸與軸套有磨損現(xiàn)象，盡量用銼刀修復(fù)劃痕；若不能修復(fù)則在O形圈槽內(nèi)O形圈上平整加入圈四氟生料帶；磨損較大時可壓入2根O形圈且粘口錯開再壓緊。

如果屢次出現(xiàn)軸套O形圈泄漏問題，往往是機(jī)封安裝不到位，即機(jī)封與軸不同軸或機(jī)封法蘭與釜口不平行，造成運轉(zhuǎn)過程不穩(wěn)定，使機(jī)封傳動部位的螺釘松動、折斷，導(dǎo)致O形圈損壞，此時應(yīng)考慮重新調(diào)整安裝機(jī)械密封。

調(diào)整方法：①松開相關(guān)部件；②松掉機(jī)封法蘭的固定螺母；③盤旋攪拌軸幾圈，使機(jī)封自由定位；其最佳狀態(tài)是攪拌軸轉(zhuǎn)動而機(jī)封的軸套不轉(zhuǎn)，說明此時完全同軸。然后對稱、均勻擰緊機(jī)封法蘭螺母。④回裝相關(guān)部件。

3.2 機(jī)架軸承箱溫度過高

3.2.1 故障現(xiàn)象

4#釜投產(chǎn)半年后，機(jī)架軸承箱溫度較其他釜高近25，加注潤滑脂后溫度仍沒有明顯降低，軸承也沒有明顯雜音。

3.2.2 原因分析及解決辦法

推斷機(jī)架軸承壓蓋軸向間隙小，造成軸承游隙過小引起軸承溫度升高。對此，可通過測量數(shù)據(jù)調(diào)整軸承游隙。

（1）擰松開支架上軸承箱蓋螺母，提起壓蓋并支撐好。

（3）擰松壓蓋螺母提起壓蓋并支撐好，取出被壓扁的鉛條用千分尺測量其壓扁后的厚度（多測幾個點取平均值），減去0.05 mm 就是實際的軸向間隙，即 h實=（h測-0.05）mm。

（5）放下壓蓋并擰緊壓蓋螺母。

調(diào)整軸向間隙對聚合釜傳動設(shè)備的運行非常重要，因此可測量2次或更換測量工具復(fù)查數(shù)據(jù)。若軸向間隙調(diào)整合適，軸承潤滑脂填加適量，軸承溫度仍然過高，則軸承可能有磨損；若溫度高于環(huán)境溫度35或軸承箱溫度，則考慮更換機(jī)架軸承。

3.3 隔離流體系統(tǒng)增壓罐液位指示快速上升至最高點

3.3.1 故障現(xiàn)象

5#釜剛投料完畢準(zhǔn)備反應(yīng)生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)隔離流體增壓罐液位指示迅速上升至最高點，并且稍打開隔離流體出口閥，大量泡沫涌出，機(jī)械密封出現(xiàn)異常，緊急回收丙烯至釜內(nèi)壓力降為零。

3.3.2 原因分析及解決辦法

該雙端面機(jī)械密封采用外置增壓罐與手動油泵（帶罐體）組合的隔離流體系統(tǒng)，并配有相關(guān)的管路與閥門，增壓罐壓力差倍數(shù)為1.057。

關(guān)閉與增壓罐連接的3只閥門，拆開增壓罐至機(jī)封管線接頭，發(fā)現(xiàn)從機(jī)封隔離流體涌出大量丙烯氣體，分析原因是雙端面機(jī)封的首道密封摩擦副（首道動環(huán)和首道靜環(huán)組成首道密封摩擦副）、或首道動環(huán)的輔助密封O形圈、或者首道靜環(huán)的輔助密封O形圈，這3處任何一處泄漏，就能導(dǎo)致釜內(nèi)丙烯氣體從首道密封泄漏到隔離流體系統(tǒng)內(nèi)，因此判斷機(jī)械密封已失效。對于重160 kg且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封試驗合格才能出廠的較大型集裝式機(jī)械密封，只能更換。

事后解剖該機(jī)械密封，檢查動、靜環(huán)處的輔助密封O形圈光滑完好，但首道動環(huán)密封面（材料鎳基WC/1Cr13）有明顯的磨損劃痕（圖2），說明動、靜環(huán)密封摩擦副間的油膜摻雜了固體顆粒，使密封面磨損泄漏，固體顆粒極可能是丙烯氣體攜帶的微小顆粒聚丙烯粉末。

圖2 首道動環(huán)密封面磨損劃痕

圖3 首道動、靜環(huán)及O形圈配合

首道動、靜環(huán)輔助密封O形圈過盈量測量、計算方法：根據(jù)圖3尺寸，計算動環(huán)O形圈過盈量﹝5.3-（173-164）/2﹞/5.3100%15%，靜環(huán)O形圈過盈量﹝5.3-（193.5-184）/2﹞/5.3100%10%。

4 機(jī)械密封拆卸

（1）用氮氣置換聚合釜，如果與釜連接的管線閥門有泄漏則用盲板隔離；關(guān)閉增壓罐與釜連接和機(jī)封連接的閥門并拆除其相應(yīng)管線，關(guān)閉機(jī)封冷卻水閥門并拆除相應(yīng)管線。

（2）取下機(jī)封上部的緊定裝置（俗稱哈夫子），擰松機(jī)封頂部傳動圈緊定螺釘，擰下壓緊圈上的內(nèi)六角螺釘并取出O形圈。

（3）移除電機(jī)和減速機(jī)；安裝攪拌軸頭專用吊耳，用手拉葫蘆輕微吊住攪拌軸，擰下攪拌軸壓蓋內(nèi)六角螺栓，用手拉葫蘆緩慢落下攪拌軸至釜底；對于3#，4#，5#釜，釜底有底料，攪拌軸下落1 cm左右至釜底，沒底料下落2 cm左右至釜底；對于1#，2#釜，釜底有底料，攪拌軸下落3 cm左右至釜底；沒底料下落4 cm左右至釜底。

（4）移除攪拌軸壓蓋、半聯(lián)軸節(jié)及其下側(cè)的調(diào)整圈；移除軸上的傳動銷釘；松開機(jī)架法蘭螺栓，連同軸承箱一起用手拉葫蘆緩慢提起、移除。

（5）擰下機(jī)封法蘭螺栓，用手拉葫蘆緩慢提起機(jī)封移除；盡管拆卸機(jī)封前，釜內(nèi)壓力已降為零，但直接用手拉葫蘆提機(jī)封時可能提不動，此時用銅棒輕振機(jī)封法蘭方能提起。

5 機(jī)械密封的安裝

（1）機(jī)封安裝前先將釜口法蘭聯(lián)接面，機(jī)封法蘭聯(lián)結(jié)面，機(jī)封和釜口密封面，攪拌軸以及軸承軸套和機(jī)封軸套表面清潔、去除毛刺；在兩軸套內(nèi)側(cè)均勻涂上干凈的潤滑脂或潤滑油。

（2）在釜口密封面放鋁制墊片；把攪拌軸放垂直，用手拉葫蘆提起新機(jī)封緩慢套入攪拌軸并平穩(wěn)落至釜口法蘭上。

（3）為了能反復(fù)讓機(jī)封自由定位，密封墊片最好選用鋼制墊片，可以重復(fù)擰緊、擰松機(jī)封法蘭螺栓而不使墊片失效。

（4）將軸套上端的槽內(nèi)擦拭干凈并涂上干凈的潤滑脂，放入軸套O形圈且均勻壓至槽底，再依次放入壓緊圈（壓緊圈放入后擰上內(nèi)六角螺栓但不能擰緊，以防提軸時損壞O形圈）、傳動圈、緊定套、備用O形圈和調(diào)整圈組件。

（5）攪拌軸裝好傳動銷釘，用手拉葫蘆提起機(jī)架組件并緩慢套入攪拌軸；機(jī)架下落時檢查軸承箱軸套開口槽對準(zhǔn)傳動銷釘；攪拌軸依次套入調(diào)整圈、半聯(lián)軸節(jié)和壓蓋。

（5）均勻擰緊機(jī)架法蘭螺栓；用手拉葫蘆上提攪拌軸直到攪拌軸周肩與調(diào)整圈底部頂住為止；擰緊攪拌軸頂部的壓蓋內(nèi)六角螺栓；機(jī)架和攪拌軸安裝定位完畢。

（6）盤轉(zhuǎn)攪拌軸幾圈，讓機(jī)封自由定位至中心；均勻擰緊機(jī)封法蘭螺栓；安裝擰緊機(jī)封頂部壓緊圈螺栓，傳動圈緊定螺釘和緊定裝置垂直向下的螺栓；安裝緊定裝置時，垂直向下的螺栓只微微受力即可，然后鎖緊螺母。

（7）吊裝減速機(jī)、電機(jī)、連接聯(lián)軸器；連接各管線，機(jī)封排氣、注油；手動盤轉(zhuǎn)無異常即可送電試車。

6 注意事項

為使聚合釜能長周期安全運行，日常巡檢維護(hù)尤其重要，及時發(fā)現(xiàn)異常、準(zhǔn)確排除故障，做到預(yù)防維修才能確保聚合釜的長、滿、優(yōu)運行。

（1）定時觀察機(jī)械密封隔離流體系統(tǒng)增壓罐液位指示，保持在上、下警戒線mm以內(nèi)，否則會造成缺油或壓力過高損壞機(jī)械密封；定期觀察增壓罐用油量，1星期內(nèi)消耗1罐油就需要檢查原因；添加隔離流體時要保證無雜質(zhì)混入。

（2）定期給機(jī)械密封排氣。排氣方法：聚合釜在投加催化劑和活化劑之前，釜內(nèi)壓力維持1.2 MPa，緩慢打開隔離流體出口閥，待余氣排完有油溢出時關(guān)閉隔離流體出口閥，每月至少1次。

（3）定期檢測機(jī)封頂端傳動圈緊定螺釘，松動會使機(jī)封軸套與攪拌軸打滑，至使軸套O形圈嚴(yán)重磨損造成密封失效；最少每2個月檢測1次，或根據(jù)生產(chǎn)情況一有停機(jī)機(jī)會就檢測一次。

（6）定期檢查閥門及管路密封處是否泄漏；定期檢查機(jī)械密封泄漏液檢測口滴油6滴/min；定期檢查泄漏液檢測口的滴油中是否帶氣，發(fā)現(xiàn)帶氣需要檢查原因。