气相法聚丙烯装置卧式反应釜浮动端轴承失效分析及对策

王春领

(中国石化化工事业部，北京 100728)

气相法聚丙烯装置卧式反应釜浮动端轴承失效分析及对策

王春领

(中国石化化工事业部，北京100728)

对导致装置停工的卧式搅拌床气相反应釜浮动端轴承失效进行分析，采用轴承迷宫密封和冲洗吹扫方式，改善高粉尘运行工况下轴承的工作环境，通过增加轴承换油系统，实现了高压密闭环境下的轴承润滑脂的添加和排放，确保轴承润滑良好，提高了轴承的运行周期,大大降低了装置停工检修和开工停工带来的安全风险，提高了装置运行水平。

卧式搅拌反应釜 浮动端轴承 失效 迷宫密封 润滑 安全风险

BP气相法聚丙烯装置因其工艺技术生产流程短、设备少、能耗低、装置投资较少、产品过渡时间短、产出牌号多样等优势，而被国内多家石化企业引进并投产。卧式搅拌反应釜是BP气相法聚丙烯装置关键核心设备，其运行周期决定装置运行水平，也是装置安全平稳运行的重要因素。然而受卧式搅拌反应釜R201/R251(以下简称反应釜)运行周期影响，装置长周期运行受到限制。虽经反应釜专利制造商多次改造，其运行周期有所延长，但仍未达到预期效果。

1 反应釜结构

反应釜专利制造商为比利时COEK集团公司，搅拌轴转速为15 r/min，电机额定功率450 kW，属低速重载运行设备。主要由粉体沉降器(穹顶)、卧式承压容器、搅拌器、驱动电机和减速机以及密封系统五部分组成，如图1所示。

图1 卧式搅拌床气相反应器R201结构示意1-粉体沉降器；2-卧式承压容器；3-搅拌轴；4-搅拌动力输入；5-输入端密封油站；6-输入端轴承及机械密封；7-浮动端轴承

2 存在问题

浮动端支撑轴承受位置及结构设计所限，在生产过程中，上升至穹顶的粉料沿压力平衡管线回落至封头内，使其工况极为恶劣，该轴承多次因润滑失效而故障。轴承故障后在强大输入功率作用下，下沉的搅拌轴轴头削弱了端板冲洗效果，甚至和墙板发生滑动摩擦，造成此区域聚丙烯粉料熔融成块状或条状树脂，堵塞反应釜出料线，装置被迫中断连续生产而停车。严重时，搅拌桨叶刮蹭反应釜内壁引起搅拌桨叶变形，甚至碰断温度探头影响温度控制，产生局部爆聚。

轴承失效后引发的装置检修内容，主要包括反应釜受限空间内清理大块熔融树脂作业；拆装反应釜上下各喷嘴的交叉作业；矫正搅拌桨叶的动火作业；拆装封头及加装种子粉料等起重作业，给企业的安全生产带来重大影响，因此亟待解决该轴承失效的问题。

3 轴承失效分析

浮动端轴承型号为23134CCK/W33型调心滚子轴承，承受轴向和径向双重载荷，圆锥型内孔(锥度1∶12)，搭配H3134型紧定锥套使用，安装在封头内的SD3134轴承盒中，墙板处为两道石墨-聚四氟乙烯泛塞封加丙烯吹扫形式，将轴承盒和反应釜隔离，但不能从根本上保障轴承的工作环境。

原轴承盒设计结构中，轴承盒靠近墙板侧为填料密封，在运行中填料将有不同程度的磨损，轴承盒靠近轴末端侧，仅有一端盖且和轴承盒端面间隙约3 mm，轴承盒两端起不到密封作用。聚丙烯粉末不可避免进入未形成密闭空间的轴承盒中，从而破坏润滑油膜，造成轴承润滑失效而损坏。原设计轴承盒只有润滑加脂管线，无排脂管线，无法直观监测润滑脂是否混入聚丙烯粉末。因此，有效改善并保障轴承润滑环境，是解决轴承失效的根本之策。

4 优化设计及实施

4.1 轴承盒密封的改进

迷宫密封具有“雍塞”特性,形成气封，同时与搅拌轴不接触，可实现密封的长期有效性。因环境介质含有聚丙烯粉末，为防止迷宫槽堵塞，采用直通型迷宫密封简化密封齿型。可将反应釜浮动端轴承盒靠墙板侧填料密封改进为迷宫密封加吹扫气形式，从墙板冲洗分流一支Φ6 nm的清洁丙烯管线至迷宫密封隔环，在隔环及轴承盒内部形成局部高压区，达到密封隔离粉尘的目的。轴承盒靠近轴末端侧，在轴承盒端盖外沿开槽，利用O型圈将轴承盒内部和封头进行了密封隔离，同时在端盖中下部开3/8″NPT螺纹孔，用于安装排脂管线，排放轴承盒内润滑脂，如图2所示。

图2 轴承盒密封改造示意

4.2 轴承盒润滑系统设计

4.2.1轴承盒增加润滑脂排放管线

为实现轴承润滑脂的置换并监测润滑脂质量，了解润滑脂是否被聚丙烯粉末污染，将旧的润滑脂排出反应釜封头外，为此在封头墙板上新增一排油孔和轴承盒端盖排油孔相连，并加设压力等级和反应釜设计等同的排放阀门，如图3所示。

图3 新增润滑脂排放管线

4.2.2增加旧润滑脂排放缓冲设施

因轴承盒内部除粘稠流体状润滑脂外尚有工作丙烯气和高温油气组成的气相组分。在压力为2.2 MPa的环境下，排油阀打开后轴承盒内旧润滑脂经较细的排油管路，将以很高的速度喷射出去，雾状润滑脂不利于收集操作，分散的油滴污染了周边环境，给安全生产带来隐患，也为油品取样分析带来不便。为此，在排油管路前加设集油缓冲器，通过降低物料压力以达到减小气体动力、削弱雾化效果的目的，从而实现排放润滑脂的收集，如图4所示。

图4 排放润滑脂集油器1-至火炬线和润滑脂取样线的排油管；2-自反应釜轴承盒油管；3-集油器；4-集油器清理活塞

5 实施效果

参照旧润滑脂取样分析，以及温度远传信号TI2000，如图5所示，可以看出在反应釜浮动端轴承盒增加密封及排油系统后，轴承盒的密封效果和轴承工作环境得到明显改善，保障了轴承润滑良好和稳定安全运行。

图5 浮动端轴承故障前温度信号TI2000数值历史趋势

浮动端轴承运行周期也由以前的6个月左右延长至18个月左右，实现了装置的长周期稳定运行，大大降低了装置停工检修和开工停工带来的安全风险，为企业安全平稳做出了贡献，也为国内同类型装置此部位故障消除提供了经验。

6 注意事项

经上述改造后，笔者在实际操作中认为还应注意以下几点。

a)端板冲洗在新开车阶段调至适量后，运行一阶段应适当提高端板冲洗流量，以抵消端板双唇封磨损造成的冲洗消漏量增大，从而确保端板吹扫效果。

b)可在穹顶压力平衡管处，引入丙烯反向吹扫，以尽可能减少聚丙烯粉末进入封头，有效延缓封头内聚丙烯粉末的积聚。

c)加脂周期通常为一周一次，每次500 mL的手动黄油枪两管新脂，应先加入一管新脂后再排放旧的润滑脂，之后再加一管新脂。

d)打开排油阀前，将集油缓冲活塞移至最大容积位置，防止排放压力将活塞瞬间打开。

FailureAnalysisandStrategyofFloatingEndBearingofHorizontalReactorinGasPhasePolypropylenePlant

Wang Chunling

(SINOPEC Chemical Industry Department，Beijing，100728)

In this paper, the causes for shutdown of devices horizontal stirred reactor was found, by floating end bearing fault analysis. Labyrinth seal and flushing purging improve the bearing working conditions under the environment of high dust, The bearing lubrication independent system is designed, its achieve grease addition and discharge under closed environment in the high pressure. They ensure the bearing good lubrication and improve the running period of the bearing. When the bearing lubrication is good, the operating cycle of the reactor will be greatly extended. It greatly reduces the security risks during maintenance and startup and shutdown.

horizontal stirred reactor；floating end bearing；failure；labyrinth seal； lubrication；safety risks

2016-03-21

王春领，工程师，2002年毕业于江苏石油化工学院机械工程专业，本科，现在中国石化化工事业部安全环保处从事安全管理工作。