關于聚丙烯預反應泵的機械密封改進措施研究

何磊 秦曉敏（中國石油大港石化公司 天津 300280）

在聚丙烯發生聚合反應的裝置中，一個較為關鍵點的設備為聚丙烯預反應泵，它一般進口于歐美等發到國家，與其相配套的機械密封也多為進口產品。雖然這些裝置在性能方面均較為優良，但是昂貴的價格已經使得聚丙烯生產企業不能承受。此外，進口的預反應泵所需的訂貨時間一般較長，從而為該設備的實際應用帶來了非常大的不便。為此，本研究對預反應泵進行了國產化改造與優化。國產機械密封在安裝開始時，會發現安全密封運行過程中存在一些十分突出的問題。通過自身的工作經驗以及查閱相關文獻資料，首先對聚丙烯預反應泵發生常見故障的原因進行分析，然后提出了具體的改進措施，旨在為聚丙烯預反應泵的高效、安全地運行提供一定的借鑒與參考。

一、聚丙烯預反應泵機械密封結構及性能

1.聚丙烯預反應泵的性能參數

關于聚丙烯預反應泵的性能參數主要包括：（1）設備的形式：軸流式；（2）泵規格型號：AH 1B；（3）輸送介質：丙烯及主催化劑、電子體以及三乙基鋁；（4）制造廠商：比利時Moret；（5）設計流量：250m3/h；（6）入口介質壓力：3.4MPa；（7）揚程：3.8m；（8）轉速為：2970rpm。

2.聚丙烯反應泵進口機械密封性的結構及原理分析

在聚丙烯聚合反應器中，其介質多數處于液體狀態，如聚丙烯、白油、催化劑以及電子體等，在上述幾種液體成分中，除了白油不能燃燒外，其他液體成分均屬于易燃及易爆的成分，特別是三乙基鋁遇到空氣就會出現自燃現象，若它自燃了，那么勢必會引起其他成分的爆炸與燃燒。由此可知，這就要求聚丙烯反應裝置的“0”泄漏的標準。對此，聚丙烯反應裝置對機械密封的要求十分嚴格。

聚丙烯預反應泵的機械秘書主要是由單側面主密封與雙極串聯安全兩個部分組成。介質側是一套單端面集裝式密封，該部分的機械密封常被稱為“主密封”。主密封一般多裝于環管之中，主要有如下幾種類型，即：紋管機械密封、石默制的襯套、金屬外殼橡膠密封以及雙列調心球軸承等。金屬外殼橡膠密封的重要作用就是阻止丙烯顆粒向密封腔之中進行擴散；石墨制襯套的一個重要作用就是其充當一個徑向軸承與節流套，其可以阻擋丙烯顆粒向密封中進行擴散，從而為密封創造了一個極為理想的反應緩解。外側主要有兩套機械密封組成，由于該密封涉及整個裝置的安全性，因此將該部分稱之為“安全密封”，該部分密封主要裝于反應環管中的外側位置，包括：大壓蓋、泵送套、波紋管機械密封以及小壓蓋等方面的內容。中間密封及主密封的冷卻及潤滑等，主要依靠白油來順利地完成。

二、聚丙烯預反應泵的機械密封失效分析與改進措施

1.聚丙烯預反應泵的機械密封失效分析

待聚丙烯預反應泵機械密封安裝結束后，筆者通過仔細地觀察發現，機械密封存在很多方面的問題，主要包括：（1）安全密封摩擦副端面出現尖叫的聲音；（2）在安全密封的大氣端壓蓋一側，其溫度一般比較高，封油循環的冷卻效果十分不理想。在實際的拆檢過程中，發現靜環出現熱裂圓形密封圈由于出現硬化現象而失去應有的功能。

筆者根據自己的親身工作及查閱相關文獻資料，認為影響安全密封失去應有的功能的原因有很多，具體而言，主要包括如下幾個方面：（1）由于主密封及中間密封而產生的摩擦熱的一個部分而通過中間密封傳遞至安全密封封油，使其溫度明顯升高。整個尺寸未出現任何改變，產生氣陰，影響封油保持正常水平流動。雖然在計算摩擦熱的時候輔助元件之間的摩擦以及振動產生的熱量可以忽略不計，然而小彈簧與波紋管摩擦與振動而產生的熱量是極大的。當波紋管密封的運轉時，由于摩擦產生的熱量使得封油溫度迅速上升而出現氣化，從而引起安全密封面潤滑液量不充分，因而發出尖叫聲音。（2）安全密封靜環于高溫條件下運行的時候，中間密封有時由于環管波動而引起靜環脫出，如果主密封出現泄漏，此時低溫丙烯會經中間密封而進入安全密封腔。

2.機械密封的改造措施

對于聚丙烯預反應泵的機械密封存在的問題，應該采取有效的措施對其進行改造，總體而言，主要包括如下三個方面的改造措施：（1）將安全密封泵送環位置進行相關變動，減少安全密封壓縮量等；（2）密封之中所采用的圓形密封圈來選擇進口件，靜環的圓形圈尺寸配合合理；（3）安全密封的前密封靜環加放松卡環。

（1）封油端

以往的摩擦副使用反應燒結碳化硅與進口石墨之間進行配對，現采用無壓力的燒結碳化硅與進口石墨之間相配對，這樣可以很好地改善摩擦副的摩擦性能，以預防由于溫度過高而出現熱裂以及剝落等方面的問題。

（2）介質端

以往摩擦副采取反應燒結的碳化硅與普通硬質合金之間相配對，現采用無壓力燒結碳化硅與高性能的硬質合金TC之間相配對，這樣做可以有效地預防產生的溫度過高、剝落以及粉料顆粒劃傷摩擦副表面。

（3）圓形密封圈

全部的圓形密封圈均采用進口橡膠圈。

（4）改造措施實施后的效果

經上述方法的改造，安全密封摩擦副摩擦性能得到顯著地改善，生成熱量顯著減少；封油端泵送環位置的變化，使得封油流量可以顯著增大（如在改造之前封油循環時間為8m in，改進后僅為3m in），且摩擦生熱會被及時、有效地帶走，很好地改善了密封的工況。

結論

綜上所述，通過對聚丙烯反應泵的機械密封存在的問題的分析，然后采取有效的改造措施，這樣才能夠提高聚丙烯預反應泵的機械密封工作的質量與效率。

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