烷基化反应釜机封系统改造说明

烷基化反应釜机封系统改造说明王建军摘要：本文根据烷基化反应釜现有机封技术改造项目的实施，着重介绍了现有机封失败的主要原因、新机封主要设计依据及其改造方案关键字：机封构架油系统节流套1概述烷基化装置是兰州石化公司炼油厂的瓦斯平衡装置，依据整个炼油厂的实际生产情况，该装置进行瓦斯调剂，其运行特点时开时停，因此，它的设备性能要求较高。整个烷基化装置现有设备约50余台，其中反应釜为该装置的核心设备，它主要为工艺介质及其氧化物、催化剂提供混合反应动力。由于该设备为国外报废设备，原密封系统已损坏丢失，在1997年设备投用时，兰炼设备维修公司重新设计制造了现有密封系统。但设计密封系统时，未能充分考虑到设备的实际情况，致使密封系统的密封效果并不理想。2设备简介反映釜为卧式设备，采用电机直联，但其转子分为长轴与短轴两部分。长轴为转子，一端装有螺旋型桨叶；短轴为传动轴，与电机通过联轴器直接相连。长短轴则是由半圆联轴器外包连接，具体见图1、图2。反映釜电机图1反映釜外观示意简图反应釜参数产地：美国型号：MUE63—13000—8500转速：570r/m压力：0.42~0.5MPa温度：12℃冲洗液压力：0.5MPa工艺介质：98%硫酸、C4（介质不纯，含有固体小颗粒）3设备运行现状烷基化反应釜投用时间为1997年，在投用前我们对该设备机封系统进行了重新设计及改造，依据设备实际结构，我们采用了减压套+机封构架。改造后，设备试运转，效果并不理想，反应釜连续运转时间最长为58天，平均运转时间为35天，机封系统即失效。对整个机封系统拆检后发现，机封动环产生偏磨痕迹；至2001年，因工艺系统调整，反应釜机封泄漏故障频繁发生，反应釜通常运转时间仅有14天左右，最短时竟只有3天。设备每次泄漏，均需解体检修，长轴半圆联轴器短轴图2转子示意简图因设备体积庞大，检修的劳动强度极大。同时，机封价格很高，维修车间成本费用也长期居高不下。此外，因设备故障频发，致使装置无法长周期运行，多次造成炼油厂部分工艺瘫痪。4机封系统现有机封系统为减压套+机封构架，具体结构见图35现有机封系统故障分析现机封系统由兰炼维修公司自行设计制造，因未能考虑到设备的实际情况，设计出的机封系统运行效果并不理想。到了2001年，因生产工艺调整，机封系统故障频发，导致生产无法正常运行。为此，公司专门组织技术人员对该机封进行故障分析。5.1机封系统故障（1）2001年前机封系统故障1)减压套磨损，间隙变大，间隙达1.5mm。2)机封动环偏磨，机封静环有拉伤划痕。（1）2001年后机封系统故障1)机封动环偏磨、碎裂；密封面有结焦物。图3反应釜现有机封系统构架减压套机封2)机封静环密封面损伤，有划伤坑槽及结焦物。3)弹簧碎裂。4)减压套磨损，间隙变大，间隙达2.2～2.5mm。说明：结焦物为硬质颗粒，不溶于水、乙醇、汽油、四氯化碳等溶剂。5.2机封故障分析现有机封系统为减压套＋机封构架，减压套为自冲洗节流套，起到对冲洗液节流作用，并作为搅拌轴的限位轴承，但由于减压套长度较短，且转子分为两段，转子因而形成类单点支承结构，故此转子长轴在设备运转时有摆动现象。另因减压套为自冲洗润滑形式，冲洗液为工作介质，工作介质中混有部分反应沉积颗粒，加之因减压套材料及制造方面的原因，强度不够，造成减压套磨损量巨大，很快减压套与转子间隙增大，致使转子摆动加大，从而造成机封补偿系统失效，动静环相互脱离。此时因减压套间隙变大，工作介质大量涌入机封，从动静环脱离点漏出，随即会在机封内部长时间贮存，加速对弹簧腐蚀或结焦堵塞弹簧，同时机封系统各部位均产生结焦物，很快机封系统彻底遭到破坏，造成设备大量泄漏，无法继续运转。6机封系统改造6.1现有机封系统缺陷1)减压套强度较低，耐磨性较差。2)机封系统弹性补偿部件裸露无防护。3)减压套支承点稳定性能差，限位性能差。4)机封动静环材质强度低。6.2新制机封系统设计（1）新制机封系统构架新机封系统由兰炼与成都一通科技有限公司双方人员共同研究，针对现有机封系统的缺点，决定将现有的机封系统改为双机封系统，为了解决转子摆动幅度大的问题，将长轴部分的支承部件改为滚动轴承，形成机封＋轴承＋机封构架，具体见图4（2）设计说明1)新制机封系统是集成系统，并保留原自冲洗结构，在一级机封与釜内之间设置节流套，以外部洁净反应产物为冲洗液，压力0.5Mpa。使密封腔可保持一相对清洁的运转环境。同时，节流套可作为安装时搅拌轴的定位轴承。（一级机封弹簧置于内部，不与介质直接接触）2)在第一、二级机封之间设置限位轴承，以减小整个搅拌轴的摆动，使机封运转较稳定。（该轴承润滑油采用32＃汽轮机油，为强制润滑方式）3)二级机封密封液采用32#汽轮机油，压力高于介质压力0.1~0.2Mpa，如此可以阻止反应釜内腐蚀性介质向外泄漏。同时，弹簧置于密封腔内，可避免颗粒介质的堵塞导致丧失弹力，失去补偿作用。4)为避免出现颗粒介质进入密封腔对摩擦副造成损坏的情况，机封动、静图4新制机封结构示意图环材料均采用SiC材料。（3）油系统说明新机封系统采用双机封模式，因此需设置外部辅助密封油系统，一方面为机封提供密封液；另一方面，作为限位轴承的润滑油。具体油系统流程见图5。符号说明：A：接密封腔出口；B：接密封腔入口；C：接冷却水源；D：冷却水出口E：接氮气压力源；F：接手动补油泵；G：排液口/取样口；H：排气口流程说明：1)氮气压力源经减压阀后，将输入活塞腔的压力设定为0.25～0.3MPa，由E进入活塞腔，通过活塞将密封油加压到0.6Mpa。2)压力为0.6MPa的密封油B经循环泵进入密封腔，为机封提供密封油及图5油系统流程图为轴承提供润滑油。3)密封油经过密封腔后由A回到储油罐。4)密封油在循环过程中，由于机封及轴承产生的摩擦和搅拌热将使密封油温度上升，这时由储油罐中的盘管进行冷却。5)通过液位计可对储油罐中密封油液位进行监测，当油位下降到一定程度时，由手动补油泵经F补充密封油。7新制机封系统改造（1）反应釜改造反应釜现有机封系统是依据反应釜本身结构及尺寸进行设计的，自身无任何变化，此次新机封系统因改变了构架，反应釜自身的结构及尺寸不能完全符合要求，因此需对反应釜结构及尺寸进行改造，具体见图6。二次加工方案1)首先选择与集装密封配合的φ270H8(原尺寸φ268，加工后为φ270H8)图6反应釜二次加工结构及尺寸示意图孔内表面为基准面A，对其进行加工（以φ268、φ206和φ193.9为原始基准，相互修正来保证φ268、φ206同心，加工出φ270H8基准面），然后以A面为基准加工φ208H8、φ194H8、φ240内孔，保证同心度为φ0.05。2)加工φ270H8孔时，其深度为94±0.2位置处端面与A基准的垂直度为0.05。3)仍然以φ270H孔为基准面A，修复头盖与轴承箱连接的止扣面，保证该面与A面同心和垂直，测量止扣尺寸。以测量的止扣尺寸数值为依据加工轴承箱止扣。4)加工轴承箱之前，首先将轴承箱止扣圆柱面轴线与装配轴承位置的内径圆柱面轴线的同心度调整到φ0.05以内，然后根据头盖止扣尺寸修复轴承箱止扣面。5)所有加工面的表面粗糙度不低于Ra3.2。6)检查对中并找正。（2）对头盖原有冲洗孔进行清理，保证其畅通。（3）制作密封油罐、循环油泵支座，制作连接冲洗、密封和气路系统管线。（4）连接循环油泵电源线（电机功率375W）。8运行测试2003年5月，新制机封系统改造完成后，进行了设备试运行，且运行效果良好，从5月至今机封再未发生过泄漏，设备的各项运行指标均符合标准。