大轴径反应釜的机械密封改造.doc

大轴径反应釜的机械密封改造贺宝海王慧(丹东克隆集团有限责任公司，辽宁丹东118008) 玮乏藿a螬，摘要：17中油辽河石化分公司大型聚丙烯装置的卧式反应釜，因密封和轴承结构不合理，导致故障率高，装置不能长周期运行游文简单介绍该反应釜原填料密封系统的基本情况，阐述了机械密封改造过程及其具有的特点o) 际注关键词：釜密封；泄漏；静止型：压力变形The Mechanical Seal Modificationon Big Size for Polypropylene DeviceHe BaohalWang HuiAbstract：The article introduces the mechanical seal modification for large type polypropylene device anddesign characteristics for higher parameters mechanical seal oil the special big sizeKey words：agitator seals：lesksge；stationary；pressure deformation1前言中油辽河石化分公司(盘锦)聚丙烯装置，是第一套完全国产化的聚丙烯生产装置，其3#反应釜为 卧式结构，属于大型装置轴径为0260mm，轴长9m多，双支撑结构。丙烯在釜内直接聚合生成聚丙 烯粉料，生产方式为连续型。该反应釜原采用填料密封系统，其驱动端见图l。系统从釜内BI出平衡丙烯气，一路到一级填料和 轴承之间，使一级填料两侧压力平衡；另一路到lOm高度的高位油罐，使进入二级填料的封油压力高于 釜内。轴承采用脂润滑。1一级填料2唇式油封3调心滚子轴承4二级填料5密封围6锁紧螺母图1原填料密封(驱动端)现场使用时，二级填料密封运转短期便开始泄漏，泄漏为油气混合物，重新压紧填科稍有好转，但 几次之后就不再有效，只得重新更换填料。泄漏使得大量丙烯进入轴承，润滑脂被溶解，轴承的润滑条 件极为恶劣，寿命大大降低，直至发生轴承卡死的严重事故。轴承由于润滑不好，运行时温度很高，加之没有水冷腔，只得采用自来水直接浇淌来进行冷却。运转两年以来，已多次更换轴承，旋转轴也因此 受到损伤，由于频繁维修停机造成了巨大的经济损失。因此，进行机械密封改造势在必行。2机械密封系统设计2001年年底，辽河石化分公司与丹东克隆集团有限责任公司就釜密封改造进行了合作。 如此大轴径的机械密封实不多见，而且密封压力又比较高，考虑改造的难度，在制定改造方案时，首先确定不改动原装置；采用模块化结构设计，需要修改设计时，只对局部进行改动即可。 根据工况和装置结构特点，确定采用双端面机械密封，轴承置于密封之外。如图2所示，具备以下一些特点：1动环己静环3弹簧4弹簧盒5王轴套6调心轴承7推力轴承8胀紧套9填料 圈2试验釜密封结构(1)入丙烯冲洗。内填料保留，但不压太紧，使其有少许节流作用，从原料泵引入纯净丙烯，压力控制在30MPa左右，略高于釜内，这样，冲洗丙烯完全避免了聚丙烯粉料窜入密封端面进而造成密封泄漏 的可能。冲洗流量可通过孔板和阀门调节。 (2)采用静止型结构。因釜体加工精度较低，腔体安装无法保证与旋转轴的垂直度，采用静止型结构可 以避免旋转型的补偿环偏摆现象，增加了密封的可靠性，并延长密封寿命。同时静止型更有利于密封环 的结构优化设计。 (3)轴承设计合理。通过计算可知，在正常工作条件下釜内2SMPa的压力使旋转轴产生约23t的轴向 力。原设计仅在轴的两端各布置一个以承受径向力为主的双列调心滚子轴承，而非驱动端的轴承又是轴 向浮动，所以这个轴向力就仅由驱动端的调心滚子轴承承担。这是导致轴承频繁损坏的重要原因。针对 轴向载荷较大的特点，我们把驱动端改成推力调心滚子轴承和双列调心滚子轴承组合的结构形式。因径 向力并不大使原双列调心滚子轴承尺寸得以缩小。 似)采用了防反压结构。聚丙烯车间原有一套现成的闭式高压封油系统。压力在354OMPa之间强制 循环，设计时把它直接作为密封的封油系统。为进一步提高整个密封系统的可靠性，密封采用了防反压 结构。这样，旦供油系统出现问题，防反压结构可以保证失去封油压力时密封仍能正常工作，最大程 度地对装置进行保护。 (5)楔形套结构使安装更方便。轴上原先的键槽位置不便改造利用，重新加工键槽工艺难度很大，而且22I整个密封装置重达15t，采用集成方式安装对准键槽位置非常困难。采用楔形套胀紧结构，安装非常简便。(6)静环为常规形式采用镶嵌结构。使反压时有足够强度。结构参数按常规设计，取载荷系数K=O72，弹簧比压Ps卸2MPa。该密封的动环选用硬质合金，弹性模量大，截面为简单的矩形，径向压力均匀分布，这些都极有利 于抵抗压力变形。因此，密封的关键在于静环在工作压力下的变形量能否控制在要求值以内。3机械密封模拟实验及修正设计 我们首先按图2加工了密封部分，按现场实际转速和压力进行实验。实验时2Mpa密封发生泄漏，我们试图对静环进行修改未 能奏效。实验表明，静环刚度不足导致产生过大的压力变形是 根本原因。只有重新设计静环，才有可能解决。通过进一步的受力分析和结构分析，我们对密封环的压力变形机理有了更深的认识，进而确定了新静环的结构形式，见1静环2动环3弹簧4弹簧盒图3。新静环的环带宽度、载荷系数及弹簧比压都维持不变。图3釜密封最终结构有限元分析表明。同样的8ram宽的环带，4MPa压力下老结构静环外缘和内缘轴向偏移多达12pm，而新结构静环可以优化到接近于0偏移。 新静环实验压力最高达到45MPa，泄漏量仅为5mlh，完全达到设计要求。 因转速较低。所以密封发热量很小，为提高可靠性。增加了弹簧数量，弹簧比压提高到027MPa。4使用情况2002年6月，整套机械密封顺利安装，并一次开车成功。目前的运行状态非常理想。轴承和密封的 温度都在40以下，密封泄漏量仅约5mlh。该釜密封的开发成功，彻底解决了以往的密封频繁泄漏和轴承早期损坏问题。由于不需再频繁停机 维修。每年减少损失数百万元，生产的安全性得到充分保证。生产环境得到极大的改善，维修工作量得 以大大减轻。同时，因封油不再往釜内泄漏，产品质量明显提高，机械密封相对于填科