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某石化腈綸廠聚合反應(yīng)釜的改進(jìn)方案

發(fā)布日期:[ 2016年3月10日 ] 共閱[ 7017 ]次

某石化公司腈綸聚合裝置具有日產(chǎn)200t聚合物的4臺(tái)釜和2條原液生產(chǎn)線;在工藝上采用了美國(guó)氰胺公司2步法水相懸浮聚合工藝,整個(gè)工藝流程均由計(jì)算機(jī)控制,生產(chǎn)原料以丙烯腈為單體,醋酸乙烯酯為第2單體,氧化還原體系為引發(fā)劑,巰基乙醇為鏈轉(zhuǎn)移劑,上述物料經(jīng)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,供紡絲生產(chǎn)。4臺(tái)聚合反應(yīng)釜是聚合生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備,其中聚合反應(yīng)釜攪拌運(yùn)行的狀態(tài),直接影響到平穩(wěn)生產(chǎn)。

1反應(yīng)釜采用純鋁材質(zhì)

采用鋁材制造聚合反應(yīng)釜,是因?yàn)殇X具有較高的電很電位,其標(biāo)準(zhǔn)平衡電位為-1.67V,并且是兩性金屬,在60℃的聚合反應(yīng)溫度下,可以產(chǎn)生氧化膜,起到鈍化作用,具有較好的耐蝕性能。由于鋁釜在生產(chǎn)過程中,介質(zhì)中會(huì)含有其它雜質(zhì)(如鐵、銅等)。這些雜質(zhì)與鋁的電很電位不同,會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微電池,降低鋁的耐蝕性。由于pH值為1.9,聚合反應(yīng)釜內(nèi)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(fù)電荷,而聚丙烯腈顆粒表面帶負(fù)電,根據(jù)同性相斥的原理,聚合物顆粒不易粘附在聚合反應(yīng)釜上,從而達(dá)到抗疤的目的。因此為了避免釜內(nèi)結(jié)疤,與物料接觸的零部件進(jìn)料采用純鋁制造。

2改造原因

聚合裝置共有4臺(tái)聚合反應(yīng)釜,聚合反應(yīng)釜減速器型號(hào)為A12A,日本3菱公司制造,電機(jī)功率為75kW電機(jī),電機(jī)轉(zhuǎn)速為980r/min。攪拌轉(zhuǎn)速為190r/min,減速比為5.17。經(jīng)過多年使用,影響腈綸反應(yīng)釜長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要原因有2個(gè)。

(1)腈綸反應(yīng)釜采用上部進(jìn)料,為保護(hù)3股進(jìn)料管并防止結(jié)疤,在3股進(jìn)料管外套一根進(jìn)料護(hù)管,進(jìn)料護(hù)管一直伸到聚合反應(yīng)釜下部,見圖1。在聚合反應(yīng)釜檢修時(shí),發(fā)現(xiàn)釜內(nèi)的進(jìn)料護(hù)管周圍結(jié)疤嚴(yán)重,結(jié)疤的主要原因是由于進(jìn)料護(hù)管一直伸到聚合反應(yīng)釜下部,在聚合反應(yīng)釜進(jìn)料護(hù)管與釜壁間形成死角,影響到物料的流動(dòng),由于進(jìn)料護(hù)管的存在使物料流動(dòng)不規(guī)則,形成紊流,對(duì)攪拌槳葉沖刷和腐蝕較為嚴(yán)重,造成攪拌軸和槳葉擺動(dòng),從而造成機(jī)封磨損、損壞,降低了聚合反應(yīng)釜的運(yùn)行時(shí)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(yīng)釜電機(jī)與減速器一直采用鏈條聯(lián)軸器,鏈條聯(lián)軸器是利用公用的鏈條,同時(shí)與2個(gè)齒數(shù)相同的并列鏈輪嚙合,進(jìn)行傳動(dòng)。鏈條聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝拆方便,拆卸時(shí)不用移動(dòng)被聯(lián)接的兩軸,尺寸緊湊,質(zhì)量輕,有一定補(bǔ)償能力的特點(diǎn)。鏈輪、鏈條傳動(dòng),但隨著設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增長(zhǎng),各攪拌運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)明顯下降,這種鏈輪、鏈條的傳動(dòng)方式主要有4個(gè)缺點(diǎn):

①采用鏈條聯(lián)軸器,攪拌與電機(jī)不好找正,找正精度不易保證。

②鏈輪、鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)容易發(fā)生磨損,平均每3個(gè)月需要更換1次,增加維修成本及鉗工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

③由于二十幾年的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)輪罩等部件磨損,密封性不好,潤(rùn)滑脂容易流失,需要定期加油。

④由于電機(jī)轉(zhuǎn)速為980r/min。攪拌轉(zhuǎn)速為190r/min,減速比較大,在攪拌啟動(dòng)的瞬間對(duì)減速器、電機(jī)及鏈輪等部件產(chǎn)生較大沖擊,影響設(shè)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(yīng)釜底部開1孔(位置在原3股進(jìn)料出口處),在聚合反應(yīng)釜外通過法蘭可以用3根金屬軟管與原有進(jìn)料線連接,3股進(jìn)料線在釜外,將進(jìn)料護(hù)管取消,消除了釜內(nèi)的死角,改善聚合反應(yīng)釜內(nèi)結(jié)疤狀況,減少了疤塊的產(chǎn)生,延長(zhǎng)了聚合反應(yīng)釜的運(yùn)轉(zhuǎn)周期,提高了檢維修效率。由于取消了進(jìn)料套管,在負(fù)荷未增加的前題下使釜內(nèi)有效容積增加了0.2m3,有利于聚丙烯睛的聚合反應(yīng),該項(xiàng)改造在國(guó)內(nèi)同類腈綸行業(yè)為首創(chuàng),改造后的結(jié)構(gòu)見圖2。該石化公司聚合車間對(duì)聚合反應(yīng)釜進(jìn)料方式進(jìn)行了改造,運(yùn)行47d,拆檢發(fā)現(xiàn),聚合反應(yīng)釜內(nèi)結(jié)疤明顯較少,由于取消了進(jìn)料護(hù)管,釜內(nèi)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(zhǎng)了聚合反應(yīng)釜的運(yùn)轉(zhuǎn)周期,增加了產(chǎn)值,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
圖1 上部進(jìn)料
圖2 聚合釜底部進(jìn)料

(2)為解決腈綸反應(yīng)釜聯(lián)軸器使用時(shí)間短,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,考慮使用柔性聯(lián)軸器,經(jīng)過多方對(duì)比,決定在聚合反應(yīng)釜攪拌上試用鏈條式聯(lián)軸器,廠家到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)繪安裝尺寸,進(jìn)行加工制作,基本結(jié)構(gòu)見圖3。
圖3 反應(yīng)釜聯(lián)軸器

通過觀察對(duì)比,總結(jié)出輪胎式聯(lián)軸器與原有聯(lián)軸器聯(lián)軸器相比主要有5個(gè)優(yōu)點(diǎn):

①柔性、阻尼大、補(bǔ)償量大,吸振效果好。輪胎聯(lián)軸器具有優(yōu)良的吸震減震和良好的的軸間偏移補(bǔ)償性能,適用于工作溫度-20~80℃,轉(zhuǎn)遞轉(zhuǎn)矩10~20000N·m,適用于潮濕、多塵、有沖擊、振動(dòng)、正反轉(zhuǎn)多變和起動(dòng)頻繁的工作環(huán)境件。輪胎式聯(lián)軸器是依靠橡膠實(shí)現(xiàn)彈性連接,可以充分地吸收因找正對(duì)中不好而產(chǎn)生的振動(dòng),噪聲低,設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。另外,由于振動(dòng)較小,電機(jī)的工作電流也低,電機(jī)發(fā)熱少,能夠優(yōu)化電機(jī)的工作條件。

②對(duì)攪拌及減速器具有保護(hù)作用,由于采用橡膠胎式連接,當(dāng)扭矩過大時(shí),實(shí)際扭矩很過輪胎環(huán)的額定扭矩時(shí),輪胎環(huán)先破裂,使電機(jī)與攪拌連接斷開,避免由于過載等原因損壞減速器。

③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝配容易,要換輪胎體時(shí)無需軸向移動(dòng)聯(lián)軸節(jié)。

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

⑤適用范圍廣。輪胎柔性聯(lián)軸器的橡膠部分是可更換的。可根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備所需的扭矩的大小而安裝不同的輪胎環(huán)。既適合高轉(zhuǎn)速,又適合低轉(zhuǎn)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(tài)下工作都比較平穩(wěn),使用奉命也長(zhǎng),可避免因檢修而造成的備件費(fèi)、人工費(fèi)以及生產(chǎn)停車的各種經(jīng)濟(jì)損失。

4改造效果

實(shí)施技術(shù)方案效果顯著,改造前后檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。
表1 改造前后檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

5經(jīng)濟(jì)效益分析

輪胎柔性聯(lián)軸器連續(xù)無故障平均使用時(shí)間為5a,每1套聯(lián)軸器價(jià)格為2000元左右,而且屬于一次性投資,維修只需更換橡膠環(huán)。改造后大大降低了聚合反應(yīng)釜非計(jì)劃停車次數(shù),而且聚合反應(yīng)釜每次停車后的物料可以得到回收,避免了物料浪費(fèi),經(jīng)測(cè)算非計(jì)劃停車需要放掉的聚合物1.96t、單體0.3t,僅是物料價(jià)值4萬元,經(jīng)統(tǒng)計(jì)每臺(tái)聚合反應(yīng)釜每年可以減少非計(jì)劃停車4次,僅這一項(xiàng)就降低物料損失:4×4=16萬元,大大降低了生產(chǎn)成本。鏈條聯(lián)軸器平均使用時(shí)間為3個(gè)月,每一對(duì)鏈輪和鏈條的價(jià)格約為1500元,一臺(tái)攪拌5a更換總費(fèi)用為:1500×12/4×5=22500元,而且每次更換需要3h左右,影響生產(chǎn)。

僅此2項(xiàng)改造年節(jié)約成本為16.5萬元。改造后縮短了聚合反應(yīng)釜檢修時(shí)間,減少了停車后的物料損耗,減輕了由于物料排放對(duì)環(huán)境的污染,而且設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)明顯提高,延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境、減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,具有廣泛的社會(huì)效益。

6結(jié)束語

通過改造聚合反應(yīng)釜非計(jì)劃停車次數(shù)明顯減少,減少了操作工人的工作量,并且通過測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比,更換輪胎型柔性聯(lián)軸器后,攪拌運(yùn)行狀態(tài)明顯提高。由于可拆式聯(lián)軸器可以較好地吸收振動(dòng),運(yùn)行狀態(tài)良好,可以提高設(shè)備的可靠度,不需要潤(rùn)滑,減少了維修人員的工作量,減少了對(duì)環(huán)境的污染,成功地解決了腈綸聚合反應(yīng)釜運(yùn)行時(shí)間短的難題。

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