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        聚乙烯注入系統(tǒng)ADF閥密封失效原因分析及改造

        2014-03-21 06:13:26
        中國(guó)設(shè)備工程 2014年4期
        關(guān)鍵詞:花鍵軸預(yù)聚物獨(dú)山子

        (中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯車(chē)間,新疆 獨(dú)山子 833600)

        聚乙烯注入系統(tǒng)ADF閥密封失效原因分析及改造

        郭 磊,王志寬,時(shí)曉斌,何茂盛

        (中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯車(chē)間,新疆 獨(dú)山子 833600)

        論述了聚乙烯裝置注入系統(tǒng)工藝流程及注入系統(tǒng)ADF閥密封失效的問(wèn)題,對(duì)問(wèn)題成因分析后提出了解決方法,通過(guò)對(duì)ADF閥進(jìn)行改造,取得了很好的效果。

        聚乙烯裝置;注入系統(tǒng);ADF閥;密封;失效分析

        獨(dú)山子石化公司乙烯廠聚乙烯裝置1995年建成投產(chǎn)、2002年完成擴(kuò)建,裝置生產(chǎn)能力由12萬(wàn)t躍至22萬(wàn)t,采用的是英國(guó)BP 公司Innovene氣相流化床技術(shù),共有兩條生產(chǎn)線。

        一、聚乙烯裝置注入系統(tǒng)工藝流程

        圖1 聚乙烯注入系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

        由圖1可知,從預(yù)聚合工段生產(chǎn)的預(yù)聚物通過(guò)低壓氮?dú)馑椭寥萜?,容器8內(nèi)的預(yù)聚物落入ADF閥,電機(jī)2通過(guò)傘齒輪6帶動(dòng)4臺(tái)減速箱3,4臺(tái)減速箱3通過(guò)4臺(tái)離合器5控制ADF閥旋轉(zhuǎn),利用高壓氮?dú)鈱㈩A(yù)聚物粉末注入到聚合反應(yīng)器。

        二、ADF閥出現(xiàn)的問(wèn)題

        聚乙烯聚合生產(chǎn)時(shí),操作壓力2.4~2.5MPa,操作溫度60℃,在正常條件下,ADF閥可以提供超過(guò)100萬(wàn)次旋轉(zhuǎn)過(guò)程而不發(fā)生泄漏。生產(chǎn)Cr系時(shí)注入速率可以保證生產(chǎn)12.5t/h的負(fù)荷,生產(chǎn)鈦系時(shí)可以保證生產(chǎn)18.5t/h的負(fù)荷。因此,預(yù)聚物注入要求設(shè)計(jì)壓力3.0MPa,設(shè)計(jì)溫度80℃,在ADF閥閥杯容積設(shè)計(jì)2.5L前提下,ADF閥可以提供超過(guò)100萬(wàn)次旋轉(zhuǎn)過(guò)程而不發(fā)生泄漏的密封。

        圖2 聚乙烯注入系統(tǒng)ADF閥原理圖

        圖2為ADF閥原理圖,ADF閥共有11處密封點(diǎn)。從1995年開(kāi)工以來(lái),ADF閥頻繁發(fā)生密封失效,會(huì)造成以下嚴(yán)重后果。

        (1)對(duì)聚合反應(yīng)器活性產(chǎn)生重大影響,造成反應(yīng)器控制系統(tǒng)失控甚至非計(jì)劃停工。

        (2)預(yù)聚物成本很高,25萬(wàn)元/t,ADF閥密封泄漏會(huì)造成極大浪費(fèi)。

        (3)預(yù)聚物有毒,尤其是Cr系預(yù)聚物,為強(qiáng)致癌物質(zhì),ADF閥密封失效,會(huì)污染環(huán)境和損害人體健康。

        (4)發(fā)生ADF閥密封失效,無(wú)法進(jìn)行隔離處理,只能停工檢修,給車(chē)間造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

        三、ADF閥密封失效原因分析及改造

        1.ADF閥密封失效部位統(tǒng)計(jì)

        表1 2010~2012年ADF閥密封失效部位統(tǒng)計(jì)

        從表1可以看出,102、51、111、106這4處密封運(yùn)行可靠,無(wú)需改造。

        2.花鍵軸密封圈、花鍵軸襯套O形圈失效分析及改進(jìn)

        由圖2可知,116花鍵軸密封圈、51花鍵軸襯套O形圈都采用尺寸為φ45.17mm×φ5.33mm,材料為丁晴橡膠,丁晴橡膠耐磨性好,價(jià)格便宜。由于127花鍵軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),造成O形圈磨損,同時(shí)花鍵軸也被O形圈磨出很深的槽,一旦閥座密封11失效,將造成預(yù)聚物泄漏。

        由于花鍵軸密封圈、花鍵軸襯套O形圈設(shè)計(jì)存在缺陷,因此對(duì)其進(jìn)行改造,用V型密封圈代替O形圈。V型密封圈具有較好的活動(dòng)性和適應(yīng)性,可以補(bǔ)償較大的公差和角度偏差,防止ADF閥內(nèi)預(yù)聚物外泄,其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)工作量小,無(wú)安裝加工要求;花鍵軸加工要求、表面質(zhì)量要求較低;配合表面可以不必淬硬;花鍵軸不會(huì)磨損;適用連續(xù)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的花鍵軸。

        3.閥座O形圈失效分析及改進(jìn)

        閥座O形圈采用尺寸為φ158.12mm×φ6.63mm,材料為丁晴橡膠,閥座O形圈失效形式有兩種,一種是O形圈熱損傷和氧化,另一種是O形圈擠出失效。

        閥座O形圈熱損傷和氧化失效是注入系統(tǒng)ADF閥工作環(huán)境所致,ADF閥操作溫度一般在60℃以上,夏季溫度更高,預(yù)聚物料性對(duì)其有很強(qiáng)的腐蝕性,并且要求連續(xù)使用1年以上,國(guó)產(chǎn)的丁晴橡膠O形圈很難滿足上述要求,為了解決這一問(wèn)題,將閥座O形圈材料改為性能優(yōu)良的氟橡膠材料。

        閥座O形圈擠出失效,是由于閥座O形圈密封溝槽與O形圈截面直徑存在差異,按照經(jīng)驗(yàn)取O形圈截面直徑比密封溝槽寬度小0.2~0.4mm,密封溝槽寬度經(jīng)過(guò)測(cè)量為6.62mm,閥座O形圈改造為φ158.12mm×φ6.32mm,材料為氟橡膠。實(shí)踐證明改造后的O型圈可以使用1年以上。

        4.閥座密封失效分析

        圖2中11閥座密封為ADF閥關(guān)鍵密封點(diǎn),按照Innovene氣相流化床技術(shù)要求,ADF閥必須提供超過(guò)100萬(wàn)次旋轉(zhuǎn)過(guò)程而不發(fā)生泄漏。自投產(chǎn)以來(lái),ADF閥座密封失效成為一個(gè)難題。聚乙烯ADF閥共計(jì)8臺(tái),16個(gè)閥座密封,閥座密封為進(jìn)口配件,每個(gè)2萬(wàn)多元,閥座材料為AISI 410,鑲嵌尼龍。

        ADF閥座密封失效形式有以下5種。

        (1)ADF閥解體后,發(fā)現(xiàn)ADF閥座鑲嵌尼龍密封與閥體沒(méi)有接觸,尼龍密封沒(méi)有磨損痕跡。安裝后第一次使用就發(fā)生小量泄漏。根據(jù)解體情況分析泄漏是由于安裝位置錯(cuò)誤或螺栓112預(yù)緊力不足。

        (2)ADF閥解體后,發(fā)現(xiàn)ADF閥座鑲嵌尼龍密封與閥體均勻接觸,尼龍密封磨損痕跡明顯。安裝后ADF閥基本沒(méi)有泄漏,使用情況較好,一般可以保證使用6個(gè)月。

        (3)ADF閥解體后,發(fā)現(xiàn)ADF閥座鑲嵌尼龍密封受壓后嚴(yán)重變形,沿閥體旋轉(zhuǎn)方向,從ADF閥座內(nèi)擠出,這種情況安裝后,使用1個(gè)月左右就發(fā)生泄漏,且泄漏量逐步增大。這是由于螺栓112預(yù)緊力過(guò)大所致。

        (4)ADF閥解體后,發(fā)現(xiàn)ADF閥座鑲嵌尼龍密封受壓后嚴(yán)重磨損,沿閥體旋轉(zhuǎn)方向出現(xiàn)片狀尼龍脫落。這種情況安裝后,使用2周左右就發(fā)生泄漏,泄漏量較大。這是由于螺栓112預(yù)緊力太大所致。

        (5)ADF閥解體后,發(fā)現(xiàn)ADF閥座鑲嵌尼龍密封受壓后嚴(yán)重磨損,出現(xiàn)尼龍斷裂。這種情況安裝后,使用時(shí)立即發(fā)生大量泄漏。這是由于螺栓112預(yù)緊力非常大所致。

        5.解決措施

        (1)經(jīng)過(guò)檢測(cè)得知,在一對(duì)閥座11上下位置有10mm的間隙,因此制作如圖3所示ADF閥座密封彈簧墊片一對(duì),安裝在閥座11上下位置10mm間隙內(nèi)。安裝時(shí),隨著螺栓112預(yù)緊力的增加,彈簧墊片受壓給閥座密封一對(duì)彈簧緊力,補(bǔ)償其磨損間隙,使ADF閥不發(fā)生泄漏。

        (2)制作試壓平臺(tái),對(duì)改造后的ADF閥進(jìn)行氣密性試驗(yàn),利用力矩扳手,通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整螺栓112的預(yù)緊力大小,確定出最佳的預(yù)緊力(表2)。

        圖3 ADF閥座密封彈簧墊片

        (3)對(duì)安裝鉗工進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn),保證安裝質(zhì)量。

        四、結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)ADF閥改造,預(yù)聚物注入可連續(xù)進(jìn)行,操作壓力2.4~2.5MPa,操作溫度60℃,ADF閥超過(guò)100萬(wàn)次旋轉(zhuǎn)過(guò)程而不發(fā)生泄漏。

        表2 ADF閥預(yù)緊力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        TB42

        B

        1671-0711(2014)04-0069-03

        2014-02-07)

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