預(yù)接觸罐攪拌器A201 故障分析及處理措施

段青國

（陜西延長中煤榆能化公司聚烯烴中心，陜西榆林 718500）

1 預(yù)接觸罐工藝特點(diǎn)

陜西延長中煤榆能化公司聚烯烴中心PP1（聚丙烯一線）裝置采用國產(chǎn)化第二代環(huán)管丙烯工藝技術(shù)，其工藝特點(diǎn)是：①催化劑在進(jìn)入環(huán)管反應(yīng)器前，先要進(jìn)入預(yù)接觸罐D(zhuǎn)201，催化劑在這里攪拌被活化；②D201 采用溢流出料的形式，以防止氣泡的產(chǎn)生；③預(yù)接觸罐攪拌器A201 為磁力耦合推進(jìn)式攪拌器，轉(zhuǎn)速約360 r/min；④軸密封用來自P107A/B 的高壓油進(jìn)行沖洗；⑤高壓油要經(jīng)過限流器Z210 的毛細(xì)管冷卻、限流、降速，持續(xù)均勻地注入D201，以防止催化劑漿料外漏；⑥催化劑漿料含TEAL（三乙基鋁）危險(xiǎn)介質(zhì)（圖1）。

圖1 攪拌器A201 流程示意

攪拌器工作原理：通過馬達(dá)皮帶帶動外部永久磁體進(jìn)行轉(zhuǎn)動；外磁鋼體通過磁力線帶動封閉在隔離套內(nèi)的另一組永久磁體及轉(zhuǎn)子作同步旋轉(zhuǎn)，從而無接觸、無摩擦地將外部動力傳到內(nèi)部轉(zhuǎn)子；內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與下軸及攪拌槳葉聯(lián)成一體，實(shí)現(xiàn)攪拌的目的。

PP1 裝置預(yù)接觸罐攪拌器930-A-201 為COMER 公司生產(chǎn)的磁力耦合攪拌器，在使用過程中每季度會出現(xiàn)因軸承磨損造成封裝磁鐵總成與反磁總成磨損報(bào)廢，每次維修均為采購新A-201預(yù)接觸罐磁力驅(qū)動總成，每年需更換2～3 套，設(shè)備采購費(fèi)用較大。該攪拌器為進(jìn)口設(shè)備，整機(jī)、備件單價(jià)均高，僅此一臺設(shè)備年備件耗材超過100 萬元，再加上裝置停車損失，費(fèi)用更高。2017—2022 年第三季度，A201 累計(jì)檢修多達(dá)10 次以上（圖2）。

圖2 攪拌器A201 歷年檢維修次數(shù)統(tǒng)計(jì)

該攪拌器故障頻發(fā)，既影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行，又增加裝置檢修費(fèi)用。因此，分析總結(jié)該攪拌器故障原因，根據(jù)原因?qū)嵤Σ撸越档驮O(shè)備檢修頻次。

2 攪拌器A201 的故障及維修情況

2.1 故障現(xiàn)象

每次該攪拌器完成檢修后投用，攪拌器轉(zhuǎn)速由最低的360 r/min，隨著時(shí)間的推移轉(zhuǎn)速不斷升高，升高到一定轉(zhuǎn)速，攪拌器會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速突然下降，劇烈波動，聲音異響，嚴(yán)重時(shí)皮帶打滑、攪拌器停止轉(zhuǎn)動。該攪拌器檢修周期一般為3 個(gè)月，轉(zhuǎn)速會持續(xù)上升，上升15 r/min 左右就需要對該攪拌器進(jìn)行預(yù)防性維修。

2.2 原因分析

2.2.1 磁力攪拌器結(jié)構(gòu)

攪拌器正常運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)驅(qū)動皮帶，皮帶帶動外磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，因磁力作用帶動包覆內(nèi)磁轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子軸與攪拌軸連接，從而帶動槳葉攪拌。包覆反磁給包覆內(nèi)磁轉(zhuǎn)子有一定緩沖支撐作用，包覆反磁與包覆內(nèi)磁轉(zhuǎn)子間安裝了類似聚四氟材料的止推軸承墊片，止推軸承片同樣安裝在內(nèi)磁轉(zhuǎn)子上部，防止內(nèi)磁轉(zhuǎn)子包覆的不銹鋼皮直接與兩端的部件接觸。高壓沖洗油通過A 口注入，順著縫隙由B 口流入攪拌罐內(nèi)（圖3）。

圖3 磁力耦合式攪拌器

2.2.2 損壞備件情況

在內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與包覆反磁之間，止推軸承最容易損壞，每次檢修必須更換。止推軸承片磨損變形，包覆內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與包覆反磁直接接觸，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和反磁轉(zhuǎn)子的包覆材料均為不銹鋼材料，不銹鋼面與不銹鋼面直接接觸摩擦（圖4）。隨著運(yùn)行時(shí)間推移，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和反磁轉(zhuǎn)子不銹鋼皮不斷磨損，甚至被磨穿（圖5）。

圖4 新止推軸承與損壞對比

圖5 包覆內(nèi)磁轉(zhuǎn)子新舊對比

2.2.3 內(nèi)磁轉(zhuǎn)子受力分析

通過近幾年的檢修規(guī)律發(fā)現(xiàn)，攪拌器內(nèi)磁轉(zhuǎn)子上部推力軸承基本上沒有損壞。相反，下部推力軸承變形嚴(yán)重，不能繼續(xù)使用，每次檢修必須更換。

對內(nèi)磁轉(zhuǎn)子整體受力進(jìn)行分析，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子所受合力明顯向下，包覆反磁部件對內(nèi)磁轉(zhuǎn)子幾乎無向上的緩沖支撐力，止推軸承夾在兩者之間，包覆反磁保持靜止，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子不停轉(zhuǎn)動，形成摩擦副；止推軸承片受力過大，導(dǎo)致嚴(yán)重變形，從而縮短止推軸承的使用壽命（圖6）。假設(shè)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子所受合力為F，則F合≈f1+f3-G-f2，其中f1為包覆反磁部件對內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的向上支撐力，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子重力G 固定不變。

圖6 內(nèi)磁轉(zhuǎn)子受力分析

正常運(yùn)行期間，攪拌罐壓力波動較小，f3罐內(nèi)介質(zhì)向上壓力基本恒定，f3變化忽略。只有變量沖洗油向下壓力f2，沖洗油向下壓力導(dǎo)致F合波動。高壓沖洗油壓力增加，f2變大，F(xiàn)合向下，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與包覆反磁貼緊，摩擦力增大，止推軸承片磨損加快；當(dāng)高壓沖洗油壓力下降，f2變小，F(xiàn)合向上，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與上部止推軸承貼緊，受力增大，上部止推軸承磨損加快。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子下部止推軸承磨損，表明F合向下，因?yàn)閮?nèi)外磁頻要變化一致，當(dāng)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子負(fù)荷加重，外磁轉(zhuǎn)子需要加快轉(zhuǎn)動速度，才能驅(qū)使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子跟著轉(zhuǎn)動，直至摩擦力過大，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子無法轉(zhuǎn)動，外磁轉(zhuǎn)子不能驅(qū)動，攪拌器轉(zhuǎn)速迅速降低，攪拌器故障停止工作。

3 應(yīng)對措施

3.1 沖洗油壓力波動

增壓油泵P107A/B 提供裝置高壓油用戶較多：催化劑單元計(jì)量背壓，多處離心泵密封油罐補(bǔ)油，多處機(jī)械密封油補(bǔ)油等。其中一個(gè)用戶補(bǔ)油時(shí)將直接導(dǎo)致增壓油泵出口壓力下降，波動較大。以下兩項(xiàng)措施，可最大限度減少高壓沖洗油壓力波動。

（1）根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整增壓油泵P107A/B 出口壓力，將P107A/B 啟動/停止聯(lián)鎖由5.3～6.3 MPa 調(diào)整為5.0～5.6 MPa，出口壓力低時(shí)兩臺泵自動啟動，出口壓力高于設(shè)定壓力后兩臺泵聯(lián)鎖停止。目前，該聯(lián)鎖值已調(diào)整。

（2）嚴(yán)格控制增壓油泵出口補(bǔ)油用戶數(shù)量，在同一時(shí)間最多只能有一個(gè)用戶，小幅度操作補(bǔ)油手閥。補(bǔ)油期間，中控人員緊盯DCS 油泵出口壓力，配合外操，保證沖洗油壓力盡量穩(wěn)定。

3.2 沖洗油限流器Z210 不通暢

增壓油泵P107 出口供給攪拌器A201 高壓沖洗油，需經(jīng)過限流器Z210 毛細(xì)管限流器冷卻限流。如果Z210 不通暢，將導(dǎo)致進(jìn)入A201 沖洗油壓力不穩(wěn)定，引起f2變化。正常運(yùn)行期間，如果沖洗油限流器現(xiàn)場流量表顯示無量，操作工一般會通過開Z210 沖洗油限流器跨線手閥來調(diào)節(jié)沖洗油流量，Z210 沖洗油限流器設(shè)計(jì)目的失效。而高壓沖洗油不經(jīng)過冷卻限流作用，則更容易導(dǎo)致沖洗油壓力大幅波動。這種非常規(guī)操作將導(dǎo)致推力軸承片潤滑不穩(wěn)定，加速止推軸承磨損。攪拌器正常運(yùn)行期間，限流器跨線手閥應(yīng)時(shí)刻保持關(guān)閉，不允許通過該閥調(diào)節(jié)沖洗油流量。

為排查攪拌器頻繁故障的原因，需要拆解原Z210 沖洗油限流器。接儀表風(fēng)管給限流毛細(xì)管通氣，查看是否通暢；啟動增壓油泵，對沖洗油限流器進(jìn)行打壓試漏，查看冷凍水側(cè)有無漏油現(xiàn)象。通過排查得出，限流器毛細(xì)管內(nèi)含有油污雜質(zhì)，但未發(fā)現(xiàn)限流器內(nèi)漏。用盲板隔離Z210 限流器進(jìn)出口，關(guān)閉限流器跨線手閥，斷開A201 的沖洗油管線法蘭，啟動P107 增壓油泵，查看有無白油流出。通過排查得出，限流器跨線手閥無內(nèi)漏現(xiàn)象。

查閱限流器Z210 設(shè)計(jì)資料，按照原有技術(shù)規(guī)格書，新購買同等規(guī)格的沖洗油限流器，限流器規(guī)格必須包括材料、壓力、溫度，長、寬、高等，以及內(nèi)置毛細(xì)管材料、內(nèi)徑、長度，耐壓、溫度等。另外，必須保證新購回限流器能安全使用，且達(dá)到原設(shè)計(jì)的目的。

2022 年7 月裝置檢修，已更換新購回沖洗油限流器。目前投用，運(yùn)行效果良好。

3.3 攪拌器轉(zhuǎn)速偏高

與同類裝置對標(biāo)，該預(yù)接觸罐攪拌器A201 轉(zhuǎn)速偏高：攪拌器通過電機(jī)帶動減速機(jī)實(shí)現(xiàn)降速，再通過皮帶輪直徑大小，實(shí)現(xiàn)對攪拌器的二次降速，從而達(dá)到合適的轉(zhuǎn)速。測定原皮帶輪直徑大小和對應(yīng)轉(zhuǎn)速，計(jì)算攪拌器在目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所需要皮帶輪直徑。原皮帶輪直徑140 mm 降至120 mm，則A-201 轉(zhuǎn)速由430 r/min降至360 r/min，實(shí)現(xiàn)需要的轉(zhuǎn)速。

在保證攪拌效果的前提下，降低攪拌器轉(zhuǎn)速，可以減緩止推軸承磨損，延長止推軸承壽命。2022 年7 月裝置檢修，已更換新購回皮帶輪。目前投用，達(dá)到降低轉(zhuǎn)速的目的，目前轉(zhuǎn)速為360 r/min。

4 實(shí)施效果

完成所有應(yīng)對措施，達(dá)到了以下效果：

（1）降低增壓油泵出口壓力聯(lián)鎖值上限，從源頭上防止高壓沖洗油壓力過高；小幅降低增壓油泵出口壓力聯(lián)鎖值下限，滿足高壓沖洗油壓力最低壓力要求，確保高于預(yù)接觸罐D(zhuǎn)201 壓力，防止壓力倒竄。

（2）安裝新購買沖洗油限流器，保證增壓油泵的密封油連續(xù)平穩(wěn)地注入攪拌器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)沖洗、密封作用。

（3）更換皮帶輪后，攪拌器轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在360 r/min 左右。并且D201 攪拌器運(yùn)行正常，催化劑活性正常，環(huán)管反應(yīng)器各項(xiàng)參數(shù)均正常。攪拌器已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超3 個(gè)月，預(yù)計(jì)使用壽命至少6 個(gè)月以上，超出前幾年的平均檢修周期，初步達(dá)到預(yù)期效果。

5 總結(jié)

（1）預(yù)接觸罐攪拌器D201 高壓沖洗油壓力f2波動，導(dǎo)致內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與包覆反磁摩擦力增大，加重止推軸承片磨損。通過穩(wěn)定增壓油泵出口壓力、優(yōu)化增壓油泵壓力聯(lián)鎖值的措施，減小f2波動。

（2）沖洗油Z210 限流器毛細(xì)管不通暢，沖洗油限流器跨線手閥打開或內(nèi)漏，引起f2波動，導(dǎo)致推力軸承片受力波動、潤滑不穩(wěn)，軸承磨損加速。通過更換原Z210 沖洗油限流器，保證限流器作用，排除限流器跨線手閥內(nèi)漏的情況并保持手閥時(shí)刻關(guān)閉，達(dá)到?jīng)_洗油限流器的初始設(shè)計(jì)目的。

（3）攪拌器轉(zhuǎn)速偏高，可通過電機(jī)連接的皮帶輪直徑大小，降低攪拌器轉(zhuǎn)速。在保證攪拌效果的前提下，減慢攪拌器轉(zhuǎn)速，相應(yīng)地減緩了摩擦，延長推力軸承片使用壽命。