丙烯聚合釜易发故障及解决对策

杨新春

（1.兰州石化公司，甘肃兰州 730060；2.中油国际（苏丹）化工公司，苏丹喀土穆 10559）

1 丙烯聚合釜结构组成及工作原理

1.1 结构组成

中油国际（苏丹）化工公司的丙烯聚合釜是采用间隙式液相本体法生产聚丙烯的关键设备，公称容积12 m3。主要由带水夹套的立式圆柱形反应容器（直径2000 mm）、螺带式搅拌器、机架、减速机、电机、双端面机械密封以及物料管口和仪表测量元件管口等部件组成。

1.2 工作原理

原料精丙烯、活化剂和催化剂由釜顶部加入，开始反应前用泵将热水送入夹套内，聚合釜温度升至，开始产生聚合物并放出热量。此时外部调节装置切断热水，泵将冷水加入聚合釜夹套和指形管内导出反应热。反应结束后，打开丙烯回收阀，聚丙烯粉料喷入闪蒸釜，单釜生产结束，开始下一周期循环。在生产过程中，搅拌轴应不停转动且不许反转。

2 故障描述

2015年年底以来，该公司陆续更换了5台聚合釜，将原填料密封式聚合釜更换为双端面机械密封式聚合釜。新聚合釜投用后产量增加明显，但投产一段时间后，出现机械密封失效、丙烯从机封顶端处泄漏，机架轴承温度过高等问题。

3 故障分析及解决办法

3.1 双端面机封轴套O形圈失效

聚合釜采用两端平衡性、带调心轴承的ML2261N-150A型双端面机械密封（图1），工作压力4.0 MPa，外置增压罐与加油泵组合的隔离流体系统。

3.1.1 故障现象

聚合釜机封顶端传动圈附近检测出丙烯泄漏，且有轻微的喷气声。

3.1.2 原因分析

（1）机封顶端传动圈方头紧定螺钉产生松动，使轴套与搅拌轴产生打滑，轴套O形圈严重磨损产生泄漏。

（2）轴套O形圈装配过程中损坏或没有安装平稳或安装不到位产生泄漏。

（3）搅拌轴联轴器压盖螺母松动，造成轴上、下窜动，引起机封顶端传动圈上的紧定螺钉松动，导致轴套O形圈泄漏。

3.1.3 解决办法

（1）将釜内压力降至零，用氮气置换掉釜内残余丙烯气体；拧松机封顶端传动圈方头紧定螺钉，将传动圈和紧定套提至顶部拧紧螺钉，防止其下滑。

图1 ML2261N-150A釜用机械密封

（2）拧下压紧圈上的内六角螺钉，将压紧圈提起，取出轴套O形圈，必要时可破坏O形圈将其取出，但不能损坏轴与轴套。

（3）将放O形圈的槽内擦拭干净，并均匀涂上干净的润滑脂。

（4）如果传动圈上方的轴上有备用O形圈，则直接将备用O形圈拽移到下方更换。

（5）如果没有备用O形圈，可将新的O形圈用刀片横向切开一个缺口，缺口要一刀切开且平整干净，将其绕过轴，用双手紧捏断口两端（捏紧处离断口约5 mm），另一人将粘结剂涂在断口表面（粘结剂要适量、不要溢在槽内或O形圈表面）。

（6）检查试拉粘结且固化好的O形圈断口处，确认粘结牢固后放入槽内，匀压在槽底且不可用尖锐工具压O形圈，放下压紧圈、拧紧内六角螺钉。

（7）放下传动圈和紧定套，使紧定套的3个剖缝与方头紧定螺钉错开一定角度，并且紧定套的3个剖缝端面处于一个平面，拧紧方头紧定螺钉。

如果轴套与搅拌轴产生打滑或搅拌轴与轴套有磨损现象，尽量用锉刀修复划痕；若不能修复则在O形圈槽内O形圈上平整加入圈四氟生料带；磨损较大时可压入2根O形圈且粘口错开再压紧。

如果屡次出现轴套O形圈泄漏问题，往往是机封安装不到位，即机封与轴不同轴或机封法兰与釜口不平行，造成运转过程不稳定，使机封传动部位的螺钉松动、折断，导致O形圈损坏，此时应考虑重新调整安装机械密封。

调整方法：①松开相关部件；②松掉机封法兰的固定螺母；③盘旋搅拌轴几圈，使机封自由定位；其最佳状态是搅拌轴转动而机封的轴套不转，说明此时完全同轴。然后对称、均匀拧紧机封法兰螺母。④回装相关部件。

3.2 机架轴承箱温度过高

3.2.1 故障现象

4#釜投产半年后，机架轴承箱温度较其他釜高近25，加注润滑脂后温度仍没有明显降低，轴承也没有明显杂音。

3.2.2 原因分析及解决办法

推断机架轴承压盖轴向间隙小，造成轴承游隙过小引起轴承温度升高。对此，可通过测量数据调整轴承游隙。

（1）拧松开支架上轴承箱盖螺母，提起压盖并支撑好。

（3）拧松压盖螺母提起压盖并支撑好，取出被压扁的铅条用千分尺测量其压扁后的厚度（多测几个点取平均值），减去0.05 mm 就是实际的轴向间隙，即 h实=（h测-0.05）mm。

（5）放下压盖并拧紧压盖螺母。

调整轴向间隙对聚合釜传动设备的运行非常重要，因此可测量2次或更换测量工具复查数据。若轴向间隙调整合适，轴承润滑脂填加适量，轴承温度仍然过高，则轴承可能有磨损；若温度高于环境温度35或轴承箱温度，则考虑更换机架轴承。

3.3 隔离流体系统增压罐液位指示快速上升至最高点

3.3.1 故障现象

5#釜刚投料完毕准备反应生产，发现隔离流体增压罐液位指示迅速上升至最高点，并且稍打开隔离流体出口阀，大量泡沫涌出，机械密封出现异常，紧急回收丙烯至釜内压力降为零。

3.3.2 原因分析及解决办法

该双端面机械密封采用外置增压罐与手动油泵（带罐体）组合的隔离流体系统，并配有相关的管路与阀门，增压罐压力差倍数为1.057。

关闭与增压罐连接的3只阀门，拆开增压罐至机封管线接头，发现从机封隔离流体涌出大量丙烯气体，分析原因是双端面机封的首道密封摩擦副（首道动环和首道静环组成首道密封摩擦副）、或首道动环的辅助密封O形圈、或者首道静环的辅助密封O形圈，这3处任何一处泄漏，就能导致釜内丙烯气体从首道密封泄漏到隔离流体系统内，因此判断机械密封已失效。对于重160 kg且结构复杂、密封试验合格才能出厂的较大型集装式机械密封，只能更换。

事后解剖该机械密封，检查动、静环处的辅助密封O形圈光滑完好，但首道动环密封面（材料镍基WC/1Cr13）有明显的磨损划痕（图2），说明动、静环密封摩擦副间的油膜掺杂了固体颗粒，使密封面磨损泄漏，固体颗粒极可能是丙烯气体携带的微小颗粒聚丙烯粉末。

图2 首道动环密封面磨损划痕

图3 首道动、静环及O形圈配合

首道动、静环辅助密封O形圈过盈量测量、计算方法：根据图3尺寸，计算动环O形圈过盈量﹝5.3-（173-164）/2﹞/5.3100%15%，静环O形圈过盈量﹝5.3-（193.5-184）/2﹞/5.3100%10%。

4 机械密封拆卸

（1）用氮气置换聚合釜，如果与釜连接的管线阀门有泄漏则用盲板隔离；关闭增压罐与釜连接和机封连接的阀门并拆除其相应管线，关闭机封冷却水阀门并拆除相应管线。

（2）取下机封上部的紧定装置（俗称哈夫子），拧松机封顶部传动圈紧定螺钉，拧下压紧圈上的内六角螺钉并取出O形圈。

（3）移除电机和减速机；安装搅拌轴头专用吊耳，用手拉葫芦轻微吊住搅拌轴，拧下搅拌轴压盖内六角螺栓，用手拉葫芦缓慢落下搅拌轴至釜底；对于3#，4#，5#釜，釜底有底料，搅拌轴下落1 cm左右至釜底，没底料下落2 cm左右至釜底；对于1#，2#釜，釜底有底料，搅拌轴下落3 cm左右至釜底；没底料下落4 cm左右至釜底。

（4）移除搅拌轴压盖、半联轴节及其下侧的调整圈；移除轴上的传动销钉；松开机架法兰螺栓，连同轴承箱一起用手拉葫芦缓慢提起、移除。

（5）拧下机封法兰螺栓，用手拉葫芦缓慢提起机封移除；尽管拆卸机封前，釜内压力已降为零，但直接用手拉葫芦提机封时可能提不动，此时用铜棒轻振机封法兰方能提起。

5 机械密封的安装

（1）机封安装前先将釜口法兰联接面，机封法兰联结面，机封和釜口密封面，搅拌轴以及轴承轴套和机封轴套表面清洁、去除毛刺；在两轴套内侧均匀涂上干净的润滑脂或润滑油。

（2）在釜口密封面放铝制垫片；把搅拌轴放垂直，用手拉葫芦提起新机封缓慢套入搅拌轴并平稳落至釜口法兰上。

（3）为了能反复让机封自由定位，密封垫片最好选用钢制垫片，可以重复拧紧、拧松机封法兰螺栓而不使垫片失效。

（4）将轴套上端的槽内擦拭干净并涂上干净的润滑脂，放入轴套O形圈且均匀压至槽底，再依次放入压紧圈（压紧圈放入后拧上内六角螺栓但不能拧紧，以防提轴时损坏O形圈）、传动圈、紧定套、备用O形圈和调整圈组件。

（5）搅拌轴装好传动销钉，用手拉葫芦提起机架组件并缓慢套入搅拌轴；机架下落时检查轴承箱轴套开口槽对准传动销钉；搅拌轴依次套入调整圈、半联轴节和压盖。

（5）均匀拧紧机架法兰螺栓；用手拉葫芦上提搅拌轴直到搅拌轴周肩与调整圈底部顶住为止；拧紧搅拌轴顶部的压盖内六角螺栓；机架和搅拌轴安装定位完毕。

（6）盘转搅拌轴几圈，让机封自由定位至中心；均匀拧紧机封法兰螺栓；安装拧紧机封顶部压紧圈螺栓，传动圈紧定螺钉和紧定装置垂直向下的螺栓；安装紧定装置时，垂直向下的螺栓只微微受力即可，然后锁紧螺母。

（7）吊装减速机、电机、连接联轴器；连接各管线，机封排气、注油；手动盘转无异常即可送电试车。

6 注意事项

为使聚合釜能长周期安全运行，日常巡检维护尤其重要，及时发现异常、准确排除故障，做到预防维修才能确保聚合釜的长、满、优运行。

（1）定时观察机械密封隔离流体系统增压罐液位指示，保持在上、下警戒线mm以内，否则会造成缺油或压力过高损坏机械密封；定期观察增压罐用油量，1星期内消耗1罐油就需要检查原因；添加隔离流体时要保证无杂质混入。

（2）定期给机械密封排气。排气方法：聚合釜在投加催化剂和活化剂之前，釜内压力维持1.2 MPa，缓慢打开隔离流体出口阀，待余气排完有油溢出时关闭隔离流体出口阀，每月至少1次。

（3）定期检测机封顶端传动圈紧定螺钉，松动会使机封轴套与搅拌轴打滑，至使轴套O形圈严重磨损造成密封失效；最少每2个月检测1次，或根据生产情况一有停机机会就检测一次。

（6）定期检查阀门及管路密封处是否泄漏；定期检查机械密封泄漏液检测口滴油6滴/min；定期检查泄漏液检测口的滴油中是否带气，发现带气需要检查原因。