作为大连石化的聚丙烯装置工艺工程师，黄永昌先生重点研究了聚丙烯装置预接触罐磁耦合搅拌器的原理，分析了磁耦合搅拌器故障对聚合反应的影响，并总结相关经验教训，为装置以后的平稳运行提供依据。

本文为龙朴聚烯烃“设备之星”优胜奖获得者黄永昌先生参赛的文章。黄永昌先生是大连石化的工艺专家，但同样也在设备方面颇有研究，工艺设备不分家。

充满活力的黄永昌先生

其座右铭为：天行健，君子自强不息

关键词：预接触罐D201  磁耦合搅拌器A201   A201转速  聚合反应 经验教训

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大连石化公司7万吨/年聚丙烯装置采用原海蒙特公司的液相本体Spheripol专用技术、国产设计的单环管生产工艺，于1999年3月31日投料试车并一次开车成功，设计每小时生产能力9.72t/h(2002年9月，车间对装置进行了扩能改造，目前装置每小时生产能力已达12.5t/h），可生产24种牌号的聚丙烯产品。

经准确计量的主催化剂、三乙基铝和给电子体催化剂体系在催化剂预接触罐中接触后，通过磁耦合搅拌器A201高速搅拌，使得三种催化剂充分、均匀混合，在此过程中催化剂的活性中心被激活。预接触后具有活性的催化剂混合物从D201溢流入管道混合器（Z203）。在Z203中，催化剂混合物与加入氢气的液相丙烯在线混合后在预聚反应器中进行预聚合反应，形成表面带有保护薄层的催化剂体系，继而进入聚合反应器。

 图1   预接触罐与在线混合器系统流程图

本装置使用的预接触罐的搅拌A201是磁耦合式密封搅拌器，其原理是通过电磁体带动搅拌器叶片旋转（转速SI211为300r/min左右），使预接触罐内的三种不同密度的催化剂充分混合并形成向上旋转的漩涡，漩涡使预接触罐罐底的液体做离心式旋转，并旋转至预接触罐顶部，以溢流的形式流动至在线混合器与液相丙烯混合。^【1】

A201采用的是共轴型耦合传动搅拌，其结构为外磁环套内磁环，同心安装，工作面均未圆柱面，磁体呈瓦型。

共轴型耦合搅拌器其内外磁体为径向分布，轴向上合力为零，其主动磁体通过减速机与电机相联动，从动磁体与搅拌器相联，中间隔以不锈钢密封板，（见图2）.其特点是，传动轴短，结构紧凑，高转速；自润滑冷却，适合被搅拌介质含有硬颗粒工况，只需引入高压密封油对搅拌器轴及叶片进行冲洗。^【2】

图2  磁耦合搅拌器结构图

由于D201是三种催化剂预接触形成催化剂活动中心的“心脏”设备，所以作为三种催化剂充分混合的搅拌器，其能否稳定运行对于聚合反应的影响相当明显。

 从2016年8月20日1:30开始发现A201转速频繁波动，至8月22日0:30这个区间内，由于A201运行不稳定，共出现了4次较大波动，造成聚合反应相关参数剧烈波动，装置负荷也随着上下波动。部分参数出现了超标情况，其中环管温度TIC241最低达到64.86℃，低于工艺指标下限67℃；环管密度最低达到501.4kg/m3，低于工艺指标下限530kg/m3。期间，DIC241累计超标4.4小时，TIC241累计超标1.03小时。A201波动对聚合反应相关参数的影响见图3.

 图图3 A201转速异常造成聚合反应相关参数剧烈波动

经过采取上述措施，基本解决聚丙烯在造粒过程中产生的串料问题，2009年至今在未出现串料现象，减少了造粒机组的停车次数，为造粒机组的稳定运行、装置的节能减排、降低消耗做出贡献。

综合上述，挤压造粒机组是机电仪一体化高度集中的设备，机、电、仪、管、操五位一体，无论那一个环节出现问题，都会造成机组的异常使用，因此，需要各专业紧密配合，精心管理、维修、检测、操作，确保挤压造粒机组长周期稳定运行。

由于A201转速波动较大，呈现出两种截然不同的情况，造成R200、R201相关参数波动较大。

一种情况是，转速突然降低，A201产生的漩涡效果大为降低，三剂在预接触罐内的混合效果大为降低，使得D201内催化剂与三乙基铝络合出现问题，未能形成有效的催化剂活化中心，造成聚合反应急剧减弱，最先体现的是小环温度TIC221和小环放热量QR200，最终导致环管密度低于指标下限，反应负荷低至6t/h以下。如图4：

图4  A201转速异常降低对聚合反应的影响

另外一种情况，A201转速突然升高，打破了D201原有三剂混合平衡，使得大量沉底的催化剂混合物随着瞬间产生的强烈漩涡带至D201出口，并随之进入R200，小环温度瞬间升高，聚合反应急剧上涨，DIC241甚至达到598kg/m3，P201轴功率达到367kw。这种情况风险很大，调整控制不及时的话，甚至可能造成聚合爆聚的极端情况。如图5：

图5  A201转速异常升高对聚合反应的影响

4.1 造成聚合反应剧烈波动的原因

A201转速上下波动造成聚合反应震荡加剧，其实质原因是A201波动造成主催化剂进入聚合系统形成了起伏，最终表现出聚合反应上下波动，分析原因有以下几点：

1）  A201转速异常降低，搅拌器本身的搅拌作用大为减弱，影响到三种催化剂在D201内的接触、混合，导致主催化剂不能正常络合、活化，无法形成正常的活化中心；

2）  A201转速突然升高，搅拌叶片形成的漩涡瞬间增强，D201底部的混合物随着漩涡溢流至Z203，使得密度较高的主催化剂瞬间加入到Z203在线混合器，催化剂加入量瞬间大为增加，聚合反应也随之爆发性的加强；

4.2 造成A201转速异常的原因分析

通过解体检查，分析造成A201 转速波动的原因如下：

1）  A201皮带磨损严重，出现了皮带打滑的情况，造成A201外磁环带动内磁环的力量减弱，导致A201实际转速降低；

2）  A201介质侧滑动衬套磨损，推力轴承出现消磁现象。微量聚合物进入搅拌器内，造成搅拌器卡塞，进而造成滑动衬套碎裂。

3）  推力轴承出现消磁现象。正常状态下，推力轴承与内磁转子应该产生磁力且相互排斥，拆卸发现推力轴承磁力几乎消失。

4.3 经验教训

通过本次A201故障造成的生产波动，分析对造成波动的原因，存在以下几个方面的经验教训：

  1）定期对A201搅拌器及皮带运行情况进行检查和更换，车间做好预知维修及备品备件准备；

  2）更换A201及相关部件时，做好作业前安全分析和作业风险管控，Z210密封油的切断隔离要掌握时机、精确到位，确保介质不存在反窜风险；

  3）加强巡检和监盘质量，精心操作，避免D201系统出现大幅波动。

5.结语

通过对磁耦合搅拌器原理的研究，分析了造成A201转速故障的原因以及对聚合反应的影响，总结相关预知维修及监盘巡检的经验教训，确保该搅拌器运行平稳，保障聚合反应系统稳定运行。

中石油高级技术专家朱博超老师为黄永昌先生颁奖

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