丙烯聚合釜易發故障及解決對策

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 丙烯聚合釜結構組成及工作原理

1.1 結構組成

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聚丙烯的關鍵設備，公稱容積12 m3。主要由帶水夾套的立式圓柱形反應容器（直徑2000 mm）、螺帶式攪拌器、機架、減速機、電機、雙端面機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，開始反應前用泵將熱水送入夾套內，聚合釜溫度升至，開始產生聚合物并放出熱量。此時外部調節裝置切斷熱水，泵將冷水加入聚合釜夾套和指形管內導出反應熱。反應結束后，打開丙烯回收閥，聚丙烯粉料噴入閃蒸釜，單釜生產結束，開始下一周期循環。在生產過程中，攪拌軸應不停轉動且不許反轉。

2 故障描述

2015年年底以來，該公司陸續更換了5臺聚合釜，將原填料密封式聚合釜更換為雙端面機械密封式聚合釜。新聚合釜投用后產量增加明顯，但投產一段時間后，出現機械密封失效、丙烯從機封頂端處泄漏，機架軸承溫度過高等問題。

3 故障分析及解決辦法

3.1 雙端面機封軸套O形圈失效

聚合釜采用兩端平衡性、帶調心軸承的ML2261N-150A型雙端面機械密封（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。

3.1.1 故障現象

聚合釜機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）機封頂端傳動圈方頭緊定螺釘產生松動，使軸套與攪拌軸產生打滑，軸套O形圈嚴重磨損產生泄漏。

（2）軸套O形圈裝配過程中損壞或沒有安裝平穩或安裝不到位產生泄漏。

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

3.1.3 解決辦法

（1）將釜內壓力降至零，用氮氣置換掉釜內殘余丙烯氣體；擰松機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釜用機械密封

（2）擰下壓緊圈上的內六角螺釘，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），另一人將粘結劑涂在斷口表面（粘結劑要適量、不要溢在槽內或O形圈表面）。

（6）檢查試拉粘結且固化好的O形圈斷口處，確認粘結牢固后放入槽內，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生打滑或攪拌軸與軸套有磨損現象，盡量用銼刀修復劃痕；若不能修復則在O形圈槽內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。

如果屢次出現軸套O形圈泄漏問題，往往是機封安裝不到位，即機封與軸不同軸或機封法蘭與釜口不平行，造成運轉過程不穩定，使機封傳動部位的螺釘松動、折斷，導致O形圈損壞，此時應考慮重新調整安裝機械密封。

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

3.2 機架軸承箱溫度過高

3.2.1 故障現象

4#釜投產半年后，機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，可通過測量數據調整軸承游隙。

（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。

調整軸向間隙對聚合釜傳動設備的運行非常重要，因此可測量2次或更換測量工具復查數據。若軸向間隙調整合適，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；若溫度高于環境溫度35或軸承箱溫度，則考慮更換機架軸承。

3.3 隔離流體系統增壓罐液位指示快速上升至最高點

3.3.1 故障現象

5#釜剛投料完畢準備反應生產，發現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，機械密封出現異常，緊急回收丙烯至釜內壓力降為零。

3.3.2 原因分析及解決辦法

該雙端面機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，并配有相關的管路與閥門，增壓罐壓力差倍數為1.057。

關閉與增壓罐連接的3只閥門，拆開增壓罐至機封管線接頭，發現從機封隔離流體涌出大量丙烯氣體，分析原因是雙端面機封的首道密封摩擦副（首道動環和首道靜環組成首道密封摩擦副）、或首道動環的輔助密封O形圈、或者首道靜環的輔助密封O形圈，這3處任何一處泄漏，就能導致釜內丙烯氣體從首道密封泄漏到隔離流體系統內，因此判斷機械密封已失效。對于重160 kg且結構復雜、密封試驗合格才能出廠的較大型集裝式機械密封，只能更換。

事后解剖該機械密封，檢查動、靜環處的輔助密封O形圈光滑完好，但首道動環密封面（材料鎳基WC/1Cr13）有明顯的磨損劃痕（圖2），說明動、靜環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 首道動環密封面磨損劃痕

圖3 首道動、靜環及O形圈配合

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

4 機械密封拆卸

（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；關閉增壓罐與釜連接和機封連接的閥門并拆除其相應管線，關閉機封冷卻水閥門并拆除相應管線。

（2）取下機封上部的緊定裝置（俗稱哈夫子），擰松機封頂部傳動圈緊定螺釘，擰下壓緊圈上的內六角螺釘并取出O形圈。

（3）移除電機和減速機；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、半聯軸節及其下側的調整圈；移除軸上的傳動銷釘；松開機架法蘭螺栓，連同軸承箱一起用手拉葫蘆緩慢提起、移除。

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

5 機械密封的安裝

（1）機封安裝前先將釜口法蘭聯接面，機封法蘭聯結面，機封和釜口密封面，攪拌軸以及軸承軸套和機封軸套表面清潔、去除毛刺；在兩軸套內側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封緩慢套入攪拌軸并平穩落至釜口法蘭上。

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

（4）將軸套上端的槽內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形圈和調整圈組件。

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

（5）均勻擰緊機架法蘭螺栓；用手拉葫蘆上提攪拌軸直到攪拌軸周肩與調整圈底部頂住為止；擰緊攪拌軸頂部的壓蓋內六角螺栓；機架和攪拌軸安裝定位完畢。

（6）盤轉攪拌軸幾圈，讓機封自由定位至中心；均勻擰緊機封法蘭螺栓；安裝擰緊機封頂部壓緊圈螺栓，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、電機、連接聯軸器；連接各管線，機封排氣、注油；手動盤轉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，日常巡檢維護尤其重要，及時發現異常、準確排除故障，做到預防維修才能確保聚合釜的長、滿、優運行。

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

（2）定期給機械密封排氣。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閉隔離流體出口閥，每月至少1次。

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

（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，發現帶氣需要檢查原因。