关于聚丙烯预反应泵的机械密封改进措施研究

2014-08-15何磊秦晓敏中国石油大港石化公司天津300280

化工管理 2014年12期

何磊秦晓敏（中国石油大港石化公司天津 300280）

在聚丙烯发生聚合反应的装置中，一个较为关键点的设备为聚丙烯预反应泵，它一般进口于欧美等发到国家，与其相配套的机械密封也多为进口产品。虽然这些装置在性能方面均较为优良，但是昂贵的价格已经使得聚丙烯生产企业不能承受。此外，进口的预反应泵所需的订货时间一般较长，从而为该设备的实际应用带来了非常大的不便。为此，本研究对预反应泵进行了国产化改造与优化。国产机械密封在安装开始时，会发现安全密封运行过程中存在一些十分突出的问题。通过自身的工作经验以及查阅相关文献资料，首先对聚丙烯预反应泵发生常见故障的原因进行分析，然后提出了具体的改进措施，旨在为聚丙烯预反应泵的高效、安全地运行提供一定的借鉴与参考。

一、聚丙烯预反应泵机械密封结构及性能

1.聚丙烯预反应泵的性能参数

关于聚丙烯预反应泵的性能参数主要包括：（1）设备的形式：轴流式；（2）泵规格型号：AH 1B；（3）输送介质：丙烯及主催化剂、电子体以及三乙基铝；（4）制造厂商：比利时Moret；（5）设计流量：250m3/h；（6）入口介质压力：3.4MPa；（7）扬程：3.8m；（8）转速为：2970rpm。

2.聚丙烯反应泵进口机械密封性的结构及原理分析

在聚丙烯聚合反应器中，其介质多数处于液体状态，如聚丙烯、白油、催化剂以及电子体等，在上述几种液体成分中，除了白油不能燃烧外，其他液体成分均属于易燃及易爆的成分，特别是三乙基铝遇到空气就会出现自燃现象，若它自燃了，那么势必会引起其他成分的爆炸与燃烧。由此可知，这就要求聚丙烯反应装置的“0”泄漏的标准。对此，聚丙烯反应装置对机械密封的要求十分严格。

聚丙烯预反应泵的机械秘书主要是由单侧面主密封与双极串联安全两个部分组成。介质侧是一套单端面集装式密封，该部分的机械密封常被称为“主密封”。主密封一般多装于环管之中，主要有如下几种类型，即：纹管机械密封、石默制的衬套、金属外壳橡胶密封以及双列调心球轴承等。金属外壳橡胶密封的重要作用就是阻止丙烯颗粒向密封腔之中进行扩散；石墨制衬套的一个重要作用就是其充当一个径向轴承与节流套，其可以阻挡丙烯颗粒向密封中进行扩散，从而为密封创造了一个极为理想的反应缓解。外侧主要有两套机械密封组成，由于该密封涉及整个装置的安全性，因此将该部分称之为“安全密封”，该部分密封主要装于反应环管中的外侧位置，包括：大压盖、泵送套、波纹管机械密封以及小压盖等方面的内容。中间密封及主密封的冷却及润滑等，主要依靠白油来顺利地完成。

二、聚丙烯预反应泵的机械密封失效分析与改进措施

1.聚丙烯预反应泵的机械密封失效分析

待聚丙烯预反应泵机械密封安装结束后，笔者通过仔细地观察发现，机械密封存在很多方面的问题，主要包括：（1）安全密封摩擦副端面出现尖叫的声音；（2）在安全密封的大气端压盖一侧，其温度一般比较高，封油循环的冷却效果十分不理想。在实际的拆检过程中，发现静环出现热裂圆形密封圈由于出现硬化现象而失去应有的功能。

笔者根据自己的亲身工作及查阅相关文献资料，认为影响安全密封失去应有的功能的原因有很多，具体而言，主要包括如下几个方面：（1）由于主密封及中间密封而产生的摩擦热的一个部分而通过中间密封传递至安全密封封油，使其温度明显升高。整个尺寸未出现任何改变，产生气阴，影响封油保持正常水平流动。虽然在计算摩擦热的时候辅助元件之间的摩擦以及振动产生的热量可以忽略不计，然而小弹簧与波纹管摩擦与振动而产生的热量是极大的。当波纹管密封的运转时，由于摩擦产生的热量使得封油温度迅速上升而出现气化，从而引起安全密封面润滑液量不充分，因而发出尖叫声音。（2）安全密封静环于高温条件下运行的时候，中间密封有时由于环管波动而引起静环脱出，如果主密封出现泄漏，此时低温丙烯会经中间密封而进入安全密封腔。

2.机械密封的改造措施

对于聚丙烯预反应泵的机械密封存在的问题，应该采取有效的措施对其进行改造，总体而言，主要包括如下三个方面的改造措施：（1）将安全密封泵送环位置进行相关变动，减少安全密封压缩量等；（2）密封之中所采用的圆形密封圈来选择进口件，静环的圆形圈尺寸配合合理；（3）安全密封的前密封静环加放松卡环。

（1）封油端

以往的摩擦副使用反应烧结碳化硅与进口石墨之间进行配对，现采用无压力的烧结碳化硅与进口石墨之间相配对，这样可以很好地改善摩擦副的摩擦性能，以预防由于温度过高而出现热裂以及剥落等方面的问题。

（2）介质端

以往摩擦副采取反应烧结的碳化硅与普通硬质合金之间相配对，现采用无压力烧结碳化硅与高性能的硬质合金TC之间相配对，这样做可以有效地预防产生的温度过高、剥落以及粉料颗粒划伤摩擦副表面。

（3）圆形密封圈

全部的圆形密封圈均采用进口橡胶圈。

（4）改造措施实施后的效果

经上述方法的改造，安全密封摩擦副摩擦性能得到显著地改善，生成热量显著减少；封油端泵送环位置的变化，使得封油流量可以显著增大（如在改造之前封油循环时间为8m in，改进后仅为3m in），且摩擦生热会被及时、有效地带走，很好地改善了密封的工况。