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某石化腈綸廠聚合反應釜的改進方案

发布日期:[ 2016年3月10日 ] 共阅[ 2303 ]次

某石化公司腈綸聚合裝置具有日産200t聚合物的4台釜和2條原液生産線;在工藝上采用了美國氰胺公司2步法水相懸浮聚合工藝,整個工藝流程均由計算機控制,生産原料以丙烯腈爲第一單體,醋酸乙烯酯爲第2單體,氧化還原體系爲引發劑,巯基乙醇爲鏈轉移劑,上述物料經聚合、終止、脫單、水洗、混合、脫水、漿化、溶解、過濾、脫泡等工序制成合格原液,供紡絲生産。4台聚合反應釜是聚合生産關鍵設備,其中聚合反應釜攪拌運行的狀態,直接影響到平穩生産。

1反應釜采用純鋁材質

采用鋁材制造聚合反應釜,是因爲鋁具有較高的電極電位,其標准平衡電位爲-1.67V,並且是兩性金屬,在60℃的聚合反應溫度下,可以産生氧化膜,起到鈍化作用,具有較好的耐蝕性能。由于鋁釜在生産過程中,介質中會含有其它雜質(如鐵、銅等)。這些雜質與鋁的電極電位不同,會産生一個微電池,降低鋁的耐蝕性。由于pH值爲1.9,聚合反應釜內筒體存在微電池腐蝕,在釜壁上不斷溶出鋁離子(Al3+),使鋁釜帶上負電荷,而聚丙烯腈顆粒表面帶負電,根據同性相斥的原理,聚合物顆粒不易粘附在聚合反應釜上,從而達到抗疤的目的。因此爲了避免釜內結疤,與物料接觸的零部件進料采用純鋁制造。

2改造原因

聚合裝置共有4台聚合反應釜,聚合反應釜減速器型號爲A12A,日本3菱公司制造,電機功率爲75kW電機,電機轉速爲980r/min。攪拌轉速爲190r/min,減速比爲5.17。經過多年使用,影響腈綸反應釜長周期運行的主要原因有2個。

(1)腈綸反應釜采用上部進料,爲保護3股進料管並防止結疤,在3股進料管外套一根進料護管,進料護管一直伸到聚合反應釜下部,見圖1。在聚合反應釜檢修時,發現釜內的進料護管周圍結疤嚴重,結疤的主要原因是由于進料護管一直伸到聚合反應釜下部,在聚合反應釜進料護管與釜壁間形成死角,影響到物料的流動,由于進料護管的存在使物料流動不規則,形成紊流,對攪拌槳葉沖刷和腐蝕較爲嚴重,造成攪拌軸和槳葉擺動,從而造成機封磨損、損壞,降低了聚合反應釜的運行時間,增加了檢維修工作的工作量。

(2)自1988年開工以來,聚合反應釜電機與減速器一直采用鏈條聯軸器,鏈條聯軸器是利用公用的鏈條,同時與2個齒數相同的並列鏈輪齧合,進行傳動。鏈條聯軸器具有結構簡單,裝拆方便,拆卸時不用移動被聯接的兩軸,尺寸緊湊,質量輕,有一定補償能力的特點。鏈輪、鏈條傳動,但隨著設備運轉時間的增長,各攪拌運轉狀態明顯下降,這種鏈輪、鏈條的傳動方式主要有4個缺點:

①采用鏈條聯軸器,攪拌與電機不好找正,找正精度不易保證。

②鏈輪、鏈條運轉時間長容易發生磨損,平均每3個月需要更換1次,增加維修成本及鉗工的勞動強度。

③由于二十幾年的連續運轉,對輪罩等部件磨損,密封性不好,潤滑脂容易流失,需要定期加油。

④由于電機轉速爲980r/min。攪拌轉速爲190r/min,減速比較大,在攪拌啓動的瞬間對減速器、電機及鏈輪等部件産生較大沖擊,影響設備使用壽命。

3改造方案

(1)通過論證研究,該石化公司聚合車間提出在聚合反應釜底部開1孔(位置在原3股進料出口處),在聚合反應釜外通過法蘭可以用3根金屬軟管與原有進料線連接,3股進料線在釜外,將進料護管取消,消除了釜內的死角,改善聚合反應釜內結疤狀況,減少了疤塊的産生,延長了聚合反應釜的運轉周期,提高了檢維修效率。由于取消了進料套管,在負荷未增加的前題下使釜內有效容積增加了0.2m3,有利于聚丙烯睛的聚合反應,該項改造在國內同類腈綸行業爲首創,改造後的結構見圖2。該石化公司聚合車間對聚合反應釜進料方式進行了改造,運行47d,拆檢發現,聚合反應釜內結疤明顯較少,由于取消了進料護管,釜內無死角,沒有明顯的大疤塊存在,減少了鉗工清疤工作量,提高了檢維修效率,延長了聚合反應釜的運轉周期,增加了産值,産生巨大的經濟效益。
图1 上部进料
图2 聚合釜底部进料

(2)爲解決腈綸反應釜聯軸器使用時間短,根據現場實際情況,考慮使用柔性聯軸器,經過多方對比,決定在聚合反應釜攪拌上試用鏈條式聯軸器,廠家到現場實際測繪安裝尺寸,進行加工制作,基本結構見圖3。
图3 反应釜联轴器

通過觀察對比,總結出輪胎式聯軸器與原有聯軸器聯軸器相比主要有5個優點:

①柔性、阻尼大、補償量大,吸振效果好。輪胎聯軸器具有優良的吸震減震和良好的的軸間偏移補償性能,適用于工作溫度-20~80℃,轉遞轉矩10~20000N·m,適用于潮濕、多塵、有沖擊、振動、正反轉多變和起動頻繁的工作環境件。輪胎式聯軸器是依靠橡膠實現彈性連接,可以充分地吸收因找正對中不好而産生的振動,噪聲低,設備運行平穩。另外,由于振動較小,電機的工作電流也低,電機發熱少,能夠優化電機的工作條件。

②對攪拌及減速器具有保護作用,由于采用橡膠胎式連接,當扭矩過大時,實際扭矩超過輪胎環的額定扭矩時,輪胎環先破裂,使電機與攪拌連接斷開,避免由于過載等原因損壞減速器。

③結構簡單,裝配容易,要換輪胎體時無需軸向移動聯軸節。

④對找正精度要求低。一般的非彈性聯軸器對找正的精度要求達到軸向跳動不超過0.06mm,徑向跳動不超過0.08mm,而這種輪胎柔性聯軸器的軸向和徑向偏差只要不超過1mm,就可以正常工作。對于那些條件苛刻,不好找正的地方,這種聯軸器特別適用。

⑤適用範圍廣。輪胎柔性聯軸器的橡膠部分是可更換的。可根據轉動設備所需的扭矩的大小而安裝不同的輪胎環。既適合高轉速,又適合低轉速,既適合于大扭矩,又適合于小扭矩的工作條件。在各種狀態下工作都比較平穩,使用奉命也長,可避免因檢修而造成的備件費、人工費以及生産停車的各種經濟損失。

4改造效果

實施技術方案效果顯著,改造前後檢測數據對比見表1。
表1 改造前后检测数据对比

5經濟效益分析

輪胎柔性聯軸器連續無故障平均使用時間爲5a,每1套聯軸器價格爲2000元左右,而且屬于一次性投資,維修只需更換橡膠環。改造後大大降低了聚合反應釜非計劃停車次數,而且聚合反應釜每次停車後的物料可以得到回收,避免了物料浪費,經測算非計劃停車需要放掉的聚合物1.96t、單體0.3t,僅是物料價值4萬元,經統計每台聚合反應釜每年可以減少非計劃停車4次,僅這一項就降低物料損失:4×4=16萬元,大大降低了生産成本。鏈條聯軸器平均使用時間爲3個月,每一對鏈輪和鏈條的價格約爲1500元,一台攪拌5a更換總費用爲:1500×12/4×5=22500元,而且每次更換需要3h左右,影響生産。

僅此2項改造年節約成本爲16.5萬元。改造後縮短了聚合反應釜檢修時間,減少了停車後的物料損耗,減輕了由于物料排放對環境的汙染,而且設備的運行狀態明顯提高,延長了設備使用壽命。改善了工人的勞動環境、減輕了工人的勞動強度,具有廣泛的社會效益。

6結束語

通過改造聚合反應釜非計劃停車次數明顯減少,減少了操作工人的工作量,並且通過測試數據對比,更換輪胎型柔性聯軸器後,攪拌運行狀態明顯提高。由于可拆式聯軸器可以較好地吸收振動,運行狀態良好,可以提高設備的可靠度,不需要潤滑,減少了維修人員的工作量,減少了對環境的汙染,成功地解決了腈綸聚合反應釜運行時間短的難題。

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