回转式粉末干燥机泄漏原因分析及处理措施

刘 凯，孙 丽

（兰州石化公司石油化工厂，甘肃兰州 730060）

0 引言

回转式粉末干燥机是三井油化聚乙烯法生产过程中的重要设备，通过内部蒸汽管的加热，将离心机脱液分离后的湿含量为25%～30%（质量分数）的聚乙烯粉末进一步脱液，最终得到挥发份为0.3%的聚乙烯粉末并送往挤压造粒。2019 年以来，干燥机内部频繁发生泄漏导致干燥系统带水，连接汽室的蒸汽进汽管和凝液排出管弯管处（因弯管形状像蛇形，下称“蛇形管”）及焊缝等位置产生裂纹，造成蒸汽内漏至系统中。经过氩弧焊接修补，使用一段时间后，裂纹反复出现且裂口长度逐渐扩大，泄漏周期越来越短，消漏处理后仅仅持续1 个月左右又重新发生泄漏现象，对整个装置的长周期稳定运行、产品质量影响很大。

1 结构及原理

回转干燥机主要由传动机构、滚筒、支撑轮、蒸汽分配器、密封系统、防尘罩及润滑系统等组成。整机是倾斜安装在地基上，其倾斜角为1°58″。离心机脱水后的聚乙烯粉末己烷混合物湿饼经退料器送至滚筒位置较高的一端，依靠滚筒旋转和重力作用向滚筒较低的一端流动，在物料流动过程中，设在滚筒壁上的蒸汽加热管对物料进行加热，物料在蒸汽管壁的辐射热的作用下，使其中的湿分（己烷）汽化，然后由与物料逆向流动的吹扫气（N2）带出滚筒完成聚乙烯粉末的干燥。

回转干燥机的蒸汽分配器是干燥机蒸汽进入、分配、冷凝液排出、载气进入及物料排出机构的结合点，是干燥机的核心技术。由蒸汽进汽、凝液回水构成的中心管组件与蒸汽、凝液分配蛇形管采用焊接方式连接并通过汽室与筒体相连接；回转干燥机粉料下料侧的密封装置为机械密封原理的旋转接头，整体与中心管组件连接，底部依靠支撑作用于花纹板操作平台上，内部动环与中心管固定后随干燥机筒体旋转，末端冷凝液管依靠密封填料与蒸汽隔离（图1）。

2 干燥机泄漏原因

2.1 交变应力

下料侧旋转接头支撑作用于操作平台上，作用面积小，平台上花纹钢板长期受力作用下发生塑性变形下沉约3～5 mm，支撑随之下沉后失去作用，旋转接头重量全部作用于中心管组件上，与中心管连接的蛇形管弯头及各焊接部位均受到拉应力和压应力，并随着筒体旋转过程中位置的变化交替产生拉应力与压应力。

2.2 密封填料的摩擦阻力

中心管组件上共有两处密封填料，分别为凝液回水管接头处密封填料、筒体内吹扫气密封填料。其中，筒体内吹扫气密封填料由于存在中心管与筒体同心度的偏差，密封填料在填料函密封腔体内间隙不一样大，往往通过紧固填料压盖进一步压紧填料的方式起到密封作用，同时也就加大了密封填料对中心管的阻力；如前所述，支撑下沉后旋转接头的重力作用于中心管后进一步加大了同心度的偏差，检修过程中测量的中心管径向跳动量已达8 mm，中心管受摩擦阻力加大后，各焊接口位置受到的应力变大，加剧了焊接口、蛇形管弯头开裂的可能。

2.3 氯离子腐蚀

一旦干燥机内部出现漏点，聚乙烯粉末中携带的催化剂TiCl4和干燥系统内漏的微量水就会发生水解。TiCl4与水反应比较复杂，其生成物与温度、水量等条件有关。一般说，TiCl4与水接触反应剧烈，冒白烟并生成淡黄色或白色沉淀。

水解过程如下：

沸腾的水与TiCl4迅速反应生成偏钛酸：

HCl 气体随循环气进入冷凝冷却系统，干态时无腐蚀，但如果出现少量凝结水时，HCl 气体开始溶于水形成盐酸。经过取样分析凝结水的pH 值为1，显强酸性。

图1 蒸汽分配器的结构

氯离子的活化作用对不锈钢氧化膜的建立和破坏均起着重要作用。由于氯离子半径小，穿透能力强，故它最容易穿透氧化膜内极小的孔隙，到达金属表面，并与金属相互作用形成了可溶性化合物，使氧化膜的结构发生变化，金属产生腐蚀。

氯离子的腐蚀并非此次回转式干燥机中弯头及焊缝开裂的主要原因，但对不锈钢材质中心管及蛇形管以及相连的焊接口起到了推波助澜的作用，加速了裂口的产生。

3 处理措施

3.1 中心管做固定支撑

将中心管沿周向重新制作支撑，减小中心管对蛇形管的作用力。新的支撑面为下料螺旋圆筒，位于中心管中部位置，能对中心管行成较好支撑。下料螺旋圆筒与干燥机筒体采用焊接方式连接，焊缝为整个干燥机圆筒内壁，固定牢靠，足以承担中心管受到旋转接头的重力和密封填料的摩擦阻力（图2）。

图2 中心管支撑示意

3.2 调整中心管与筒体同心度

经过测量，下料圆筒内径为395 mm，中心管外径为319 mm，采用6 套M22 不锈钢六角头螺栓沿下料圆筒内径、中心管外径周向均布布置安装（图2）。螺栓螺帽总长度略大于下料螺旋圆筒内径与中心管外径只差，为80 mm。安装固定后将6 颗螺母按照均布的标记位置焊接在中心管上，利用六角头螺栓在螺帽中的深入量压紧并调整中心管的位置，调整之后利用百分表测量中心管径向跳动量由原来的8 mm 降低至2 mm，符合中心管安装的质量要求。

3.3 优化旋转接头支撑

增加旋转接头支撑与底部花纹板的接触面积，将原有的旋转接头支撑通过优化后设计为高度可调节式支撑，通过调节支撑与平台的高度与测量得到的旋转接头中心线与平台高度相等，使旋转接头重力通过支撑作用于花纹板平台上，减小或避免中心管受旋转接头重力。

3.4 表面防腐蚀处理

对蛇形管及与汽室、中心管连接处焊口部位表面采用高聚陶瓷材料进行涂覆，采用玻璃布及纳米材料进行固定，避免微量水泄漏后氯离子对不锈钢蛇形管及焊缝的腐蚀。

4 改进效果

经过连续3 个月的运行观察，干燥机的中心管改造取得了较好效果，加热蒸汽压力由10 kPa 提高至16 kPa，粉料出料温度由85 ℃提高至96 ℃左右，提高了聚乙烯粉末的干燥效果，回转式干燥机的运行达到了设计参数，产品质量有了很大提高。

表1 回转式干燥机改造前后参数对比

5 结论

只有减小回转式干燥机中心管上所受的重力，避免中心管及与之连接蛇形管等位置过大的应力，才能避免弯头及焊缝处的开裂。在合理的位置给中心管组件重新制作支撑，并保证中心管与筒体的同心度能够减小中心管旋转过程中的径向跳动量，减小中心管上的摩擦阻力，进一步延长干燥机的使用寿命。