一種尼龍66聚合釜的設(shè)計(jì)及制造要點(diǎn)

張學(xué)亮，董雪

一種尼龍66聚合釜的設(shè)計(jì)及制造要點(diǎn)

張學(xué)亮，董雪

（沈陽漢德科技有限公司，遼寧 沈陽 110031）

主要介紹了7.5 m3尼龍66聚合釜的設(shè)計(jì)、制造及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)了其制造及試運(yùn)行過程中需要的注意事項(xiàng)及經(jīng)驗(yàn)。

尼龍66；聚合釜；設(shè)計(jì)；制造

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，尼龍66（全稱聚乙二酰己二胺，工業(yè)簡(jiǎn)稱PA66）的需求量迅猛增長(zhǎng)，主要應(yīng)用在機(jī)械、電子電氣、汽車、包裝等行業(yè)。本臺(tái)尼龍66聚合釜是河南某工程塑料有限責(zé)任公司15萬t·a-1尼龍66樹脂生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備。最近幾年已制造數(shù)臺(tái)，并掌握了成熟的制造工藝，大大縮短了制造工期，通過分析總結(jié)了該種攪拌設(shè)備在制造過程中的要點(diǎn)及難點(diǎn)，為后續(xù)聚合釜大型化生產(chǎn)提供了有利的技術(shù)支持和保障。

1 技術(shù)特性及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 技術(shù)指標(biāo)

釜體內(nèi)表面及與工作介質(zhì)接觸表面需拋光處理，表面粗糙度≤0.2 μm；機(jī)械密封泄漏量小于5 mL·h-1（單面）。

1.2 技術(shù)特性

具體的技術(shù)特性如表1所示。

表1 技術(shù)特性

1.3 設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

尼龍66聚合釜是由釜體、傳熱系統(tǒng)、攪拌傳動(dòng)裝置三大部分組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.3.1 釜體部分

釜體內(nèi)徑1 400 mm，筒體長(zhǎng)度3 780 mm，容積7.5 m3，上封頭采用橢圓形封頭，釜體和夾套下封頭采用錐形封頭，釜體材質(zhì)采用S30408，夾套材質(zhì)為Q345R，上封頭部件與下釜體通過設(shè)備法蘭螺栓連接。該釜的大部分工藝管口都集中在上封頭上，便于集中操作。因釜體直徑和內(nèi)置管束的原因，人孔只能設(shè)置在釜體上端部。釜體下端部采用錐形封頭，便于出料。

1.3.2 傳熱系統(tǒng)

傳熱能力是影響尼龍66產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)。為了獲得尼龍66產(chǎn)品，一般先制成尼龍66鹽后再進(jìn)行縮聚反應(yīng)，該反應(yīng)為少數(shù)的吸熱反應(yīng)。因此，需要在攪拌的整個(gè)過程中保持溫度恒定，使聚合過程平穩(wěn)、快速進(jìn)行。故在筒體外夾套、下封頭外夾套和釜內(nèi)圓形管束封閉腔中通入導(dǎo)熱油，達(dá)到傳熱效果。

導(dǎo)流板采用4 mm厚的Q345R鋼板煨制成型后與釜體外壁焊接，然后在落地車床上加工導(dǎo)流板外表面，加工合格后，測(cè)量實(shí)際加工尺寸，以此確定夾套筒體的下料尺寸。夾套筒體采用兩半下料，預(yù)成型后利用包扎機(jī)將兩半夾套用鋼絲繩緊密貼合在導(dǎo)流板上，對(duì)夾套縱焊縫進(jìn)行焊接。由于夾套筒體的下料尺寸與導(dǎo)流板外徑展開尺寸相同，可以保證其間隙滿足要求，防止其短路，從而提高傳熱能力。下錐形封頭上接管數(shù)量少，在外表面上也設(shè)置了封頭整體夾套，在夾套內(nèi)設(shè)置了螺旋導(dǎo)流板。

1.3.3 攪拌傳動(dòng)系統(tǒng)

攪拌系統(tǒng)采用上傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，由變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)、軸流通風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)罐系統(tǒng)、減速機(jī)、機(jī)架、傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器、雙端面機(jī)械密封、攪拌軸、攪拌器（推進(jìn)式漿葉和框架）等組成。工作過程為啟動(dòng)電機(jī)經(jīng)減速機(jī)減速，工作時(shí)由變頻調(diào)速器改變其輸出頻率來調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速。

該釜因用戶要求需要從釜體下端出料，無其他特殊要求。故采用了單端懸臂軸，攪拌軸從釜頂插入、推進(jìn)式+框式的組合攪拌裝置。軸的轉(zhuǎn)速在 60 r·min-1以內(nèi)，經(jīng)計(jì)算軸端的擺動(dòng)量在允許范圍之內(nèi)，且因其內(nèi)部空間位置有限，因此不需要也不宜設(shè)置中間軸承和底軸承。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了組裝和維修的需要，減速機(jī)輸出軸與密封軸間用剛性聯(lián)軸器直接連接，且機(jī)架兩側(cè)面留出操作空間，當(dāng)機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏時(shí)，不拆下減速機(jī)及機(jī)架就可以直接更換機(jī)械密封。

通過變頻器調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過減速機(jī)后，攪拌軸轉(zhuǎn)速就可以控制在60 r·min-1以內(nèi)。因攪拌軸長(zhǎng)度超過了標(biāo)準(zhǔn)要求的3.6 m，攪拌槳葉和攪拌軸組裝以后應(yīng)進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)。攪拌器的靜平衡精度是技術(shù)關(guān)鍵，按標(biāo)準(zhǔn)選用了2.5 mm·s-1的靜平衡精度等級(jí)。

機(jī)封采用的是雙端面機(jī)械密封，外加壓儲(chǔ)罐向密封腔提供阻塞液，通過內(nèi)部的泵送環(huán)循環(huán)。設(shè)備運(yùn)行前應(yīng)先對(duì)儲(chǔ)罐充液和加壓。運(yùn)行中應(yīng)始終保證阻塞液壓力高于內(nèi)側(cè)密封腔壓力0.14～0.41 MPa，并保持液位在規(guī)定范圍內(nèi)。利用液壓油站對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行冷卻及潤(rùn)滑，機(jī)械密封上部設(shè)有注水系統(tǒng)向釜內(nèi)注水，防止固態(tài)物進(jìn)入機(jī)械密封系統(tǒng)，確保其使用壽命大于12 000 h，單端面泄漏量控制在5 mL·h-1以下。

1.3.4 防粘釜技術(shù)

為減輕粘釜，釜內(nèi)壁及攪拌器外表面均需拋光處理，表面粗糙度≤0.2 μm。

2 聚合釜的制造及組裝試運(yùn)行

嚴(yán)格按材料采購說明書采購材料，用于制造受壓元件的材料及外購件必須具有質(zhì)量合格證明書；筒體、橢圓形封頭及錐形封頭都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行制造工藝，筒體的縱環(huán)焊縫的對(duì)口錯(cuò)邊量及棱角度、封頭的最大最小直徑差等均在公差范圍內(nèi)；攪拌傳動(dòng)系統(tǒng)的加工制造應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙加工要求，控制加工精度。在總組裝前對(duì)攪拌軸、攪拌器等傳動(dòng)部件進(jìn)行復(fù)檢，所有零部件均檢查合格后進(jìn)行總組裝及以水代料的試運(yùn)行，試運(yùn)行期間按試車工藝要求檢查，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求。

為了保證釜體上封頭中心凸緣密封面與設(shè)備法蘭中心線的垂直度及設(shè)備法蘭密封面兩側(cè)面的同軸度要求，應(yīng)將釜體上封頭上所有接管組焊完畢再與筒節(jié)、設(shè)備法蘭等組焊，并在拋光處理前進(jìn)行組焊件的加工。加工時(shí)以法蘭密封面外側(cè)圓柱面為基準(zhǔn)，加工凸緣密封面及法蘭密封面內(nèi)側(cè)圓柱面等。釜體上的下設(shè)備法蘭先與一筒節(jié)焊接，然后堆焊密封面，按圖紙要求進(jìn)行精加工，滿足位置公差要求。

釜體內(nèi)部管束的導(dǎo)熱油進(jìn)出口接管焊接在釜體上，接管與管束之間通過兩根長(zhǎng)度為1 900 mm的外徑為141.3 mm的直管連接，根據(jù)制造工藝考慮，其合攏縫在直管上端與釜體接管彎管處，但因其接管長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而接管與管束的焊接位置在管束處，這就導(dǎo)致焊接后兩根直管上端發(fā)生偏移，與焊接在釜體上的進(jìn)出口接管對(duì)不上，這是整個(gè)設(shè)備的一個(gè)制造難點(diǎn)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套組對(duì)工裝，使用后效果非常理想。

3 結(jié)束語

尼龍66聚合釜在結(jié)構(gòu)和攪拌設(shè)計(jì)上已形成了一整套的設(shè)計(jì)施工流程，其產(chǎn)品具有先進(jìn)的使用性能，質(zhì)量可靠，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，完全滿足我國(guó)現(xiàn)階段尼龍66產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。它的研制成功，為后續(xù)制造大容積的聚合釜提供了技術(shù)資料和制造方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)，結(jié)束了以往聚合釜依賴進(jìn)口的尷尬局面，降低了生產(chǎn)成本，提高了在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力。

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Design and Manufacturing of a Nylon 66 Polymerizer

,

（Shenyang Hande Science and Technology Co., Ltd., Shenyang Liaoning 110031, China）

The design, manufacturing and structure features of 7.5m3Nylon 66 polymerizer were introduced, and the attentions and experiences in its manufacture and trial operation were summarized.

Nylon 66; Polymerizer; Design; Manufacture

2021-01-26

張學(xué)亮（1985-），男，遼寧省沈陽市人，工程師，2009年畢業(yè)于沈陽理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，研究方向：機(jī)械和壓力容器設(shè)計(jì)及制造工藝。

董雪（1984-），女，工程師，研究方向：壓力容器設(shè)計(jì)及制造工藝。

TQ323.6

A

1004-0935（2021）11-1731-03