氣相法聚丙烯裝置臥式反應釜浮動端軸承失效分析及對策

王春領(lǐng)

(中國石化化工事業(yè)部，北京 100728)

氣相法聚丙烯裝置臥式反應釜浮動端軸承失效分析及對策

王春領(lǐng)

(中國石化化工事業(yè)部，北京100728)

對導致裝置停工的臥式攪拌床氣相反應釜浮動端軸承失效進行分析，采用軸承迷宮密封和沖洗吹掃方式，改善高粉塵運行工況下軸承的工作環(huán)境，通過增加軸承換油系統(tǒng)，實現(xiàn)了高壓密閉環(huán)境下的軸承潤滑脂的添加和排放，確保軸承潤滑良好，提高了軸承的運行周期,大大降低了裝置停工檢修和開工停工帶來的安全風險，提高了裝置運行水平。

臥式攪拌反應釜 浮動端軸承 失效 迷宮密封 潤滑 安全風險

BP氣相法聚丙烯裝置因其工藝技術(shù)生產(chǎn)流程短、設(shè)備少、能耗低、裝置投資較少、產(chǎn)品過渡時間短、產(chǎn)出牌號多樣等優(yōu)勢，而被國內(nèi)多家石化企業(yè)引進并投產(chǎn)。臥式攪拌反應釜是BP氣相法聚丙烯裝置關(guān)鍵核心設(shè)備，其運行周期決定裝置運行水平，也是裝置安全平穩(wěn)運行的重要因素。然而受臥式攪拌反應釜R201/R251(以下簡稱反應釜)運行周期影響，裝置長周期運行受到限制。雖經(jīng)反應釜專利制造商多次改造，其運行周期有所延長，但仍未達到預期效果。

1 反應釜結(jié)構(gòu)

反應釜專利制造商為比利時COEK集團公司，攪拌軸轉(zhuǎn)速為15 r/min，電機額定功率450 kW，屬低速重載運行設(shè)備。主要由粉體沉降器(穹頂)、臥式承壓容器、攪拌器、驅(qū)動電機和減速機以及密封系統(tǒng)五部分組成，如圖1所示。

圖1 臥式攪拌床氣相反應器R201結(jié)構(gòu)示意1-粉體沉降器；2-臥式承壓容器；3-攪拌軸；4-攪拌動力輸入；5-輸入端密封油站；6-輸入端軸承及機械密封；7-浮動端軸承

2 存在問題

浮動端支撐軸承受位置及結(jié)構(gòu)設(shè)計所限，在生產(chǎn)過程中，上升至穹頂?shù)姆哿涎貕毫ζ胶夤芫€回落至封頭內(nèi)，使其工況極為惡劣，該軸承多次因潤滑失效而故障。軸承故障后在強大輸入功率作用下，下沉的攪拌軸軸頭削弱了端板沖洗效果，甚至和墻板發(fā)生滑動摩擦，造成此區(qū)域聚丙烯粉料熔融成塊狀或條狀樹脂，堵塞反應釜出料線，裝置被迫中斷連續(xù)生產(chǎn)而停車。嚴重時，攪拌槳葉刮蹭反應釜內(nèi)壁引起攪拌槳葉變形，甚至碰斷溫度探頭影響溫度控制，產(chǎn)生局部爆聚。

軸承失效后引發(fā)的裝置檢修內(nèi)容，主要包括反應釜受限空間內(nèi)清理大塊熔融樹脂作業(yè)；拆裝反應釜上下各噴嘴的交叉作業(yè)；矯正攪拌槳葉的動火作業(yè)；拆裝封頭及加裝種子粉料等起重作業(yè)，給企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來重大影響，因此亟待解決該軸承失效的問題。

3 軸承失效分析

浮動端軸承型號為23134CCK/W33型調(diào)心滾子軸承，承受軸向和徑向雙重載荷，圓錐型內(nèi)孔(錐度1∶12)，搭配H3134型緊定錐套使用，安裝在封頭內(nèi)的SD3134軸承盒中，墻板處為兩道石墨-聚四氟乙烯泛塞封加丙烯吹掃形式，將軸承盒和反應釜隔離，但不能從根本上保障軸承的工作環(huán)境。

原軸承盒設(shè)計結(jié)構(gòu)中，軸承盒靠近墻板側(cè)為填料密封，在運行中填料將有不同程度的磨損，軸承盒靠近軸末端側(cè)，僅有一端蓋且和軸承盒端面間隙約3 mm，軸承盒兩端起不到密封作用。聚丙烯粉末不可避免進入未形成密閉空間的軸承盒中，從而破壞潤滑油膜，造成軸承潤滑失效而損壞。原設(shè)計軸承盒只有潤滑加脂管線，無排脂管線，無法直觀監(jiān)測潤滑脂是否混入聚丙烯粉末。因此，有效改善并保障軸承潤滑環(huán)境，是解決軸承失效的根本之策。

4 優(yōu)化設(shè)計及實施

4.1 軸承盒密封的改進

迷宮密封具有“雍塞”特性,形成氣封，同時與攪拌軸不接觸，可實現(xiàn)密封的長期有效性。因環(huán)境介質(zhì)含有聚丙烯粉末，為防止迷宮槽堵塞，采用直通型迷宮密封簡化密封齒型?？蓪⒎磻佣溯S承盒靠墻板側(cè)填料密封改進為迷宮密封加吹掃氣形式，從墻板沖洗分流一支Φ6 nm的清潔丙烯管線至迷宮密封隔環(huán)，在隔環(huán)及軸承盒內(nèi)部形成局部高壓區(qū)，達到密封隔離粉塵的目的。軸承盒靠近軸末端側(cè)，在軸承盒端蓋外沿開槽，利用O型圈將軸承盒內(nèi)部和封頭進行了密封隔離，同時在端蓋中下部開3/8″NPT螺紋孔，用于安裝排脂管線，排放軸承盒內(nèi)潤滑脂，如圖2所示。

圖2 軸承盒密封改造示意

4.2 軸承盒潤滑系統(tǒng)設(shè)計

4.2.1軸承盒增加潤滑脂排放管線

為實現(xiàn)軸承潤滑脂的置換并監(jiān)測潤滑脂質(zhì)量，了解潤滑脂是否被聚丙烯粉末污染，將舊的潤滑脂排出反應釜封頭外，為此在封頭墻板上新增一排油孔和軸承盒端蓋排油孔相連，并加設(shè)壓力等級和反應釜設(shè)計等同的排放閥門，如圖3所示。

圖3 新增潤滑脂排放管線

4.2.2增加舊潤滑脂排放緩沖設(shè)施

因軸承盒內(nèi)部除粘稠流體狀潤滑脂外尚有工作丙烯氣和高溫油氣組成的氣相組分。在壓力為2.2 MPa的環(huán)境下，排油閥打開后軸承盒內(nèi)舊潤滑脂經(jīng)較細的排油管路，將以很高的速度噴射出去，霧狀潤滑脂不利于收集操作，分散的油滴污染了周邊環(huán)境，給安全生產(chǎn)帶來隱患，也為油品取樣分析帶來不便。為此，在排油管路前加設(shè)集油緩沖器，通過降低物料壓力以達到減小氣體動力、削弱霧化效果的目的，從而實現(xiàn)排放潤滑脂的收集，如圖4所示。

圖4 排放潤滑脂集油器1-至火炬線和潤滑脂取樣線的排油管；2-自反應釜軸承盒油管；3-集油器；4-集油器清理活塞

5 實施效果

參照舊潤滑脂取樣分析，以及溫度遠傳信號TI2000，如圖5所示，可以看出在反應釜浮動端軸承盒增加密封及排油系統(tǒng)后，軸承盒的密封效果和軸承工作環(huán)境得到明顯改善，保障了軸承潤滑良好和穩(wěn)定安全運行。

圖5 浮動端軸承故障前溫度信號TI2000數(shù)值歷史趨勢

浮動端軸承運行周期也由以前的6個月左右延長至18個月左右，實現(xiàn)了裝置的長周期穩(wěn)定運行，大大降低了裝置停工檢修和開工停工帶來的安全風險，為企業(yè)安全平穩(wěn)做出了貢獻，也為國內(nèi)同類型裝置此部位故障消除提供了經(jīng)驗。

6 注意事項

經(jīng)上述改造后，筆者在實際操作中認為還應注意以下幾點。

a)端板沖洗在新開車階段調(diào)至適量后，運行一階段應適當提高端板沖洗流量，以抵消端板雙唇封磨損造成的沖洗消漏量增大，從而確保端板吹掃效果。

b)可在穹頂壓力平衡管處，引入丙烯反向吹掃，以盡可能減少聚丙烯粉末進入封頭，有效延緩封頭內(nèi)聚丙烯粉末的積聚。

c)加脂周期通常為一周一次，每次500 mL的手動黃油槍兩管新脂，應先加入一管新脂后再排放舊的潤滑脂，之后再加一管新脂。

d)打開排油閥前，將集油緩沖活塞移至最大容積位置，防止排放壓力將活塞瞬間打開。

FailureAnalysisandStrategyofFloatingEndBearingofHorizontalReactorinGasPhasePolypropylenePlant

Wang Chunling

(SINOPEC Chemical Industry Department，Beijing，100728)

In this paper, the causes for shutdown of devices horizontal stirred reactor was found, by floating end bearing fault analysis. Labyrinth seal and flushing purging improve the bearing working conditions under the environment of high dust, The bearing lubrication independent system is designed, its achieve grease addition and discharge under closed environment in the high pressure. They ensure the bearing good lubrication and improve the running period of the bearing. When the bearing lubrication is good, the operating cycle of the reactor will be greatly extended. It greatly reduces the security risks during maintenance and startup and shutdown.

horizontal stirred reactor；floating end bearing；failure；labyrinth seal； lubrication；safety risks

2016-03-21

王春領(lǐng)，工程師，2002年畢業(yè)于江蘇石油化工學院機械工程專業(yè)，本科，現(xiàn)在中國石化化工事業(yè)部安全環(huán)保處從事安全管理工作。