聚乙烯注入系统ADF阀密封失效原因分析及改造

2014-03-21

中国设备工程 2014年4期

关键词：独山子形圈阀座

（中国石油独山子石化公司乙烯厂聚乙烯车间，新疆独山子 833600）

郭磊，王志宽，时晓斌，何茂盛

（中国石油独山子石化公司乙烯厂聚乙烯车间，新疆独山子 833600）

论述了聚乙烯装置注入系统工艺流程及注入系统ADF阀密封失效的问题，对问题成因分析后提出了解决方法，通过对ADF阀进行改造，取得了很好的效果。

聚乙烯装置；注入系统；ADF阀；密封；失效分析

独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置1995年建成投产、2002年完成扩建，装置生产能力由12万t跃至22万t，采用的是英国BP 公司Innovene气相流化床技术，共有两条生产线。

一、聚乙烯装置注入系统工艺流程

图1 聚乙烯注入系统原理简图

由图1可知，从预聚合工段生产的预聚物通过低压氮气送至容器8，容器8内的预聚物落入ADF阀，电机2通过伞齿轮6带动4台减速箱3，4台减速箱3通过4台离合器5控制ADF阀旋转，利用高压氮气将预聚物粉末注入到聚合反应器。

二、ADF阀出现的问题

聚乙烯聚合生产时，操作压力2．4～2．5MPa，操作温度60℃，在正常条件下，ADF阀可以提供超过100万次旋转过程而不发生泄漏。生产Cr系时注入速率可以保证生产12．5t/h的负荷，生产钛系时可以保证生产18．5t/h的负荷。因此，预聚物注入要求设计压力3．0MPa，设计温度80℃，在ADF阀阀杯容积设计2．5L前提下，ADF阀可以提供超过100万次旋转过程而不发生泄漏的密封。

图2 聚乙烯注入系统ADF阀原理图

图2为ADF阀原理图，ADF阀共有11处密封点。从1995年开工以来，ADF阀频繁发生密封失效，会造成以下严重后果。

(1)对聚合反应器活性产生重大影响，造成反应器控制系统失控甚至非计划停工。

(2)预聚物成本很高，25万元/t，ADF阀密封泄漏会造成极大浪费。

(3)预聚物有毒，尤其是Cr系预聚物，为强致癌物质，ADF阀密封失效，会污染环境和损害人体健康。

(4)发生ADF阀密封失效，无法进行隔离处理，只能停工检修，给车间造成巨大经济损失。

三、ADF阀密封失效原因分析及改造

1．ADF阀密封失效部位统计

表1 2010～2012年ADF阀密封失效部位统计

从表1可以看出，102、51、111、106这4处密封运行可靠，无需改造。

2．花键轴密封圈、花键轴衬套O形圈失效分析及改进

由图2可知，116花键轴密封圈、51花键轴衬套O形圈都采用尺寸为φ45．17mm×φ5．33mm，材料为丁晴橡胶，丁晴橡胶耐磨性好，价格便宜。由于127花键轴连续转动，造成O形圈磨损，同时花键轴也被O形圈磨出很深的槽，一旦阀座密封11失效，将造成预聚物泄漏。

由于花键轴密封圈、花键轴衬套O形圈设计存在缺陷，因此对其进行改造，用V型密封圈代替O形圈。V型密封圈具有较好的活动性和适应性，可以补偿较大的公差和角度偏差，防止ADF阀内预聚物外泄，其优点是设计工作量小，无安装加工要求；花键轴加工要求、表面质量要求较低；配合表面可以不必淬硬；花键轴不会磨损；适用连续高速转动的花键轴。

3．阀座O形圈失效分析及改进

阀座O形圈采用尺寸为φ158．12mm×φ6．63mm，材料为丁晴橡胶，阀座O形圈失效形式有两种，一种是O形圈热损伤和氧化，另一种是O形圈挤出失效。

阀座O形圈热损伤和氧化失效是注入系统ADF阀工作环境所致，ADF阀操作温度一般在60℃以上，夏季温度更高，预聚物料性对其有很强的腐蚀性，并且要求连续使用1年以上，国产的丁晴橡胶O形圈很难满足上述要求，为了解决这一问题，将阀座O形圈材料改为性能优良的氟橡胶材料。

阀座O形圈挤出失效，是由于阀座O形圈密封沟槽与O形圈截面直径存在差异，按照经验取O形圈截面直径比密封沟槽宽度小0．2～0．4mm，密封沟槽宽度经过测量为6．62mm，阀座O形圈改造为φ158．12mm×φ6．32mm，材料为氟橡胶。实践证明改造后的O型圈可以使用1年以上。

4．阀座密封失效分析

图2中11阀座密封为ADF阀关键密封点，按照Innovene气相流化床技术要求，ADF阀必须提供超过100万次旋转过程而不发生泄漏。自投产以来，ADF阀座密封失效成为一个难题。聚乙烯ADF阀共计8台，16个阀座密封，阀座密封为进口配件，每个2万多元，阀座材料为AISI 410，镶嵌尼龙。

ADF阀座密封失效形式有以下5种。

(1)ADF阀解体后，发现ADF阀座镶嵌尼龙密封与阀体没有接触，尼龙密封没有磨损痕迹。安装后第一次使用就发生小量泄漏。根据解体情况分析泄漏是由于安装位置错误或螺栓112预紧力不足。

(2)ADF阀解体后，发现ADF阀座镶嵌尼龙密封与阀体均匀接触，尼龙密封磨损痕迹明显。安装后ADF阀基本没有泄漏，使用情况较好，一般可以保证使用6个月。

(3)ADF阀解体后，发现ADF阀座镶嵌尼龙密封受压后严重变形，沿阀体旋转方向，从ADF阀座内挤出，这种情况安装后，使用1个月左右就发生泄漏，且泄漏量逐步增大。这是由于螺栓112预紧力过大所致。

(4)ADF阀解体后，发现ADF阀座镶嵌尼龙密封受压后严重磨损，沿阀体旋转方向出现片状尼龙脱落。这种情况安装后，使用2周左右就发生泄漏，泄漏量较大。这是由于螺栓112预紧力太大所致。

(5)ADF阀解体后，发现ADF阀座镶嵌尼龙密封受压后严重磨损，出现尼龙断裂。这种情况安装后，使用时立即发生大量泄漏。这是由于螺栓112预紧力非常大所致。