回轉式粉末干燥機泄漏原因分析及處理措施

劉 凱，孫 麗

（蘭州石化公司石油化工廠，甘肅蘭州 730060）

0 引言

回轉式粉末干燥機是三井油化聚乙烯法生產過程中的重要設備，通過內部蒸汽管的加熱，將離心機脫液分離后的濕含量為25%～30%（質量分數）的聚乙烯粉末進一步脫液，最終得到揮發份為0.3%的聚乙烯粉末并送往擠壓造粒。2019 年以來，干燥機內部頻繁發生泄漏導致干燥系統帶水，連接汽室的蒸汽進汽管和凝液排出管彎管處（因彎管形狀像蛇形，下稱“蛇形管”）及焊縫等位置產生裂紋，造成蒸汽內漏至系統中。經過氬弧焊接修補，使用一段時間后，裂紋反復出現且裂口長度逐漸擴大，泄漏周期越來越短，消漏處理后僅僅持續1 個月左右又重新發生泄漏現象，對整個裝置的長周期穩定運行、產品質量影響很大。

1 結構及原理

回轉干燥機主要由傳動機構、滾筒、支撐輪、蒸汽分配器、密封系統、防塵罩及潤滑系統等組成。整機是傾斜安裝在地基上，其傾斜角為1°58″。離心機脫水后的聚乙烯粉末己烷混合物濕餅經退料器送至滾筒位置較高的一端，依靠滾筒旋轉和重力作用向滾筒較低的一端流動，在物料流動過程中，設在滾筒壁上的蒸汽加熱管對物料進行加熱，物料在蒸汽管壁的輻射熱的作用下，使其中的濕分（己烷）汽化，然后由與物料逆向流動的吹掃氣（N2）帶出滾筒完成聚乙烯粉末的干燥。

回轉干燥機的蒸汽分配器是干燥機蒸汽進入、分配、冷凝液排出、載氣進入及物料排出機構的結合點，是干燥機的核心技術。由蒸汽進汽、凝液回水構成的中心管組件與蒸汽、凝液分配蛇形管采用焊接方式連接并通過汽室與筒體相連接；回轉干燥機粉料下料側的密封裝置為機械密封原理的旋轉接頭，整體與中心管組件連接，底部依靠支撐作用于花紋板操作平臺上，內部動環與中心管固定后隨干燥機筒體旋轉，末端冷凝液管依靠密封填料與蒸汽隔離（圖1）。

2 干燥機泄漏原因

2.1 交變應力

下料側旋轉接頭支撐作用于操作平臺上，作用面積小，平臺上花紋鋼板長期受力作用下發生塑性變形下沉約3～5 mm，支撐隨之下沉后失去作用，旋轉接頭重量全部作用于中心管組件上，與中心管連接的蛇形管彎頭及各焊接部位均受到拉應力和壓應力，并隨著筒體旋轉過程中位置的變化交替產生拉應力與壓應力。

2.2 密封填料的摩擦阻力

中心管組件上共有兩處密封填料，分別為凝液回水管接頭處密封填料、筒體內吹掃氣密封填料。其中，筒體內吹掃氣密封填料由于存在中心管與筒體同心度的偏差，密封填料在填料函密封腔體內間隙不一樣大，往往通過緊固填料壓蓋進一步壓緊填料的方式起到密封作用，同時也就加大了密封填料對中心管的阻力；如前所述，支撐下沉后旋轉接頭的重力作用于中心管后進一步加大了同心度的偏差，檢修過程中測量的中心管徑向跳動量已達8 mm，中心管受摩擦阻力加大后，各焊接口位置受到的應力變大，加劇了焊接口、蛇形管彎頭開裂的可能。

2.3 氯離子腐蝕

一旦干燥機內部出現漏點，聚乙烯粉末中攜帶的催化劑TiCl4和干燥系統內漏的微量水就會發生水解。TiCl4與水反應比較復雜，其生成物與溫度、水量等條件有關。一般說，TiCl4與水接觸反應劇烈，冒白煙并生成淡黃色或白色沉淀。

水解過程如下：

沸騰的水與TiCl4迅速反應生成偏鈦酸：

HCl 氣體隨循環氣進入冷凝冷卻系統，干態時無腐蝕，但如果出現少量凝結水時，HCl 氣體開始溶于水形成鹽酸。經過取樣分析凝結水的pH 值為1，顯強酸性。

圖1 蒸汽分配器的結構

氯離子的活化作用對不銹鋼氧化膜的建立和破壞均起著重要作用。由于氯離子半徑小，穿透能力強，故它最容易穿透氧化膜內極小的孔隙，到達金屬表面，并與金屬相互作用形成了可溶性化合物，使氧化膜的結構發生變化，金屬產生腐蝕。

氯離子的腐蝕并非此次回轉式干燥機中彎頭及焊縫開裂的主要原因，但對不銹鋼材質中心管及蛇形管以及相連的焊接口起到了推波助瀾的作用，加速了裂口的產生。

3 處理措施

3.1 中心管做固定支撐

將中心管沿周向重新制作支撐，減小中心管對蛇形管的作用力。新的支撐面為下料螺旋圓筒，位于中心管中部位置，能對中心管行成較好支撐。下料螺旋圓筒與干燥機筒體采用焊接方式連接，焊縫為整個干燥機圓筒內壁，固定牢靠，足以承擔中心管受到旋轉接頭的重力和密封填料的摩擦阻力（圖2）。

圖2 中心管支撐示意

3.2 調整中心管與筒體同心度

經過測量，下料圓筒內徑為395 mm，中心管外徑為319 mm，采用6 套M22 不銹鋼六角頭螺栓沿下料圓筒內徑、中心管外徑周向均布布置安裝（圖2）。螺栓螺帽總長度略大于下料螺旋圓筒內徑與中心管外徑只差，為80 mm。安裝固定后將6 顆螺母按照均布的標記位置焊接在中心管上，利用六角頭螺栓在螺帽中的深入量壓緊并調整中心管的位置，調整之后利用百分表測量中心管徑向跳動量由原來的8 mm 降低至2 mm，符合中心管安裝的質量要求。

3.3 優化旋轉接頭支撐

增加旋轉接頭支撐與底部花紋板的接觸面積，將原有的旋轉接頭支撐通過優化后設計為高度可調節式支撐，通過調節支撐與平臺的高度與測量得到的旋轉接頭中心線與平臺高度相等，使旋轉接頭重力通過支撐作用于花紋板平臺上，減小或避免中心管受旋轉接頭重力。

3.4 表面防腐蝕處理

對蛇形管及與汽室、中心管連接處焊口部位表面采用高聚陶瓷材料進行涂覆，采用玻璃布及納米材料進行固定，避免微量水泄漏后氯離子對不銹鋼蛇形管及焊縫的腐蝕。

4 改進效果

經過連續3 個月的運行觀察，干燥機的中心管改造取得了較好效果，加熱蒸汽壓力由10 kPa 提高至16 kPa，粉料出料溫度由85 ℃提高至96 ℃左右，提高了聚乙烯粉末的干燥效果，回轉式干燥機的運行達到了設計參數，產品質量有了很大提高。

表1 回轉式干燥機改造前后參數對比

5 結論

只有減小回轉式干燥機中心管上所受的重力，避免中心管及與之連接蛇形管等位置過大的應力，才能避免彎頭及焊縫處的開裂。在合理的位置給中心管組件重新制作支撐，并保證中心管與筒體的同心度能夠減小中心管旋轉過程中的徑向跳動量，減小中心管上的摩擦阻力，進一步延長干燥機的使用壽命。