聚乙烯注入系統(tǒng)ADF閥密封失效原因分析及改造

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯車間，新疆 獨山子 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，時曉斌，何茂盛

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠聚乙烯車間，新疆 獨山子 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閥密封失效的問題，對問題成因分析后提出了解決方法，通過對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年完成擴建，裝置生產(chǎn)能力由12萬t躍至22萬t，采用的是英國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)原理簡圖

由圖1可知，從預(yù)聚合工段生產(chǎn)的預(yù)聚物通過低壓氮氣送至容器8，容器8內(nèi)的預(yù)聚物落入ADF閥，電機2通過傘齒輪6帶動4臺減速箱3，4臺減速箱3通過4臺離合器5控制ADF閥旋轉(zhuǎn)，利用高壓氮氣將預(yù)聚物粉末注入到聚合反應(yīng)器。

二、ADF閥出現(xiàn)的問題

聚乙烯聚合生產(chǎn)時，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100萬次旋轉(zhuǎn)過程而不發(fā)生泄漏。生產(chǎn)Cr系時注入速率可以保證生產(chǎn)12．5t/h的負(fù)荷，生產(chǎn)鈦系時可以保證生產(chǎn)18．5t/h的負(fù)荷。因此，預(yù)聚物注入要求設(shè)計壓力3．0MPa，設(shè)計溫度80℃，在ADF閥閥杯容積設(shè)計2．5L前提下，ADF閥可以提供超過100萬次旋轉(zhuǎn)過程而不發(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。從1995年開工以來，ADF閥頻繁發(fā)生密封失效，會造成以下嚴(yán)重后果。

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

(2)預(yù)聚物成本很高，25萬元/t，ADF閥密封泄漏會造成極大浪費。

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

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

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

表1 2010～2012年ADF閥密封失效部位統(tǒng)計

從表1可以看出，102、51、111、106這4處密封運行可靠，無需改造。

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，價格便宜。由于127花鍵軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，造成O形圈磨損，同時花鍵軸也被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)計存在缺陷，因此對其進(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性和適應(yīng)性，可以補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)點是設(shè)計工作量小，無安裝加工要求；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；花鍵軸不會磨損；適用連續(xù)高速轉(zhuǎn)動的花鍵軸。

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)聚物料性對其有很強的腐蝕性，并且要求連續(xù)使用1年以上，國產(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)過測量為6．62mm，閥座O形圈改造為φ158．12mm×φ6．32mm，材料為氟橡膠。實踐證明改造后的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，按照Innovene氣相流化床技術(shù)要求，ADF閥必須提供超過100萬次旋轉(zhuǎn)過程而不發(fā)生泄漏。自投產(chǎn)以來，ADF閥座密封失效成為一個難題。聚乙烯ADF閥共計8臺，16個閥座密封，閥座密封為進(jìn)口配件，每個2萬多元，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有接觸，尼龍密封沒有磨損痕跡。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閥基本沒有泄漏，使用情況較好，一般可以保證使用6個月。

(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)過檢測得知，在一對閥座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，安裝在閥座11上下位置10mm間隙內(nèi)。安裝時，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彈簧緊力，補償其磨損間隙，使ADF閥不發(fā)生泄漏。

(2)制作試壓平臺，對改造后的ADF閥進(jìn)行氣密性試驗，利用力矩扳手，通過試驗調(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)對安裝鉗工進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，保證安裝質(zhì)量。

四、結(jié)語

通過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100萬次旋轉(zhuǎn)過程而不發(fā)生泄漏。

表2 ADF閥預(yù)緊力實驗數(shù)據(jù)

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1671-0711（2014）04-0069-03

2014-02-07）