LF135型PVC聚合釜的开发与研制.doc

LF135型PVC聚合釜的开发与研制朱卫国，毕新华，罗忠新，王忠宏，张学刚（锦西化工机械（集团）有限责任公司， 辽宁 葫芦岛 125001）LF135型PVC聚合釜是由锦西化工机械（集团）有限责任公司（以下简称锦化机）根据中国石化齐鲁 石化股份公司37万t/aPVC生产装置提供的工艺参数，在充分吸收国外先进经验的基础上，通过搅拌冷模 试验，自行开发研制的，是目前国内用于PVC生产装置中容积最大、生产强度最高的聚合釜，其搅拌传动 系统、传热系统等采用 了合理、先进的装置，与化工工艺配套，用于悬浮法生产 PVC 树脂，可实现全过 程的微机控制中国石化齐鲁股份公司37万t/aPVC生产装置共设置了两条生产线，每条生产线装配3台聚合釜，其 中1号生产线装置的聚合釜从国外引进， 2号生产线配置的聚合釜由锦西化工 提供目前，该装置以完成 设备的安装和DCS调试、化工投料运转考核，产品符合相关工艺标准的要求1 结构设计LF135型PVC聚合釜是由釜体、传热系统、传动搅拌装置和配套附件组成根据化工工艺的要求，LF135型聚合釜的容积为135m3，釜体内径为4200mm,筒体长径比为2.03，为 瘦长釜型。

釜体两端为标准椭圆型封头，其中上封头设有安装搅拌传动 装置的接缘，下封头设有安装内冷 挡板的接缘和为保证搅拌轴底轴承安装的接缘筒体和上、下封头按化工工艺要求设置了工艺管口，为方 便检修，在上封头和筒体中、下封头分别设置了人孔筒体外壁和下封头外壁均设置了半管夹套为保证 传热，还在接管外壁设置了圆筒型夹套传热系统由釜体传热系统、内冷挡板传热系统和体外冷凝器组成，其中釜体传热系统由设置在釜体外 币的半管夹套和设置在接管外壁上的圆筒型夹套组成由于半管夹套使传热介质流动速度 加快且无短路现 象，同时设置成多进口多出口的结构，因而传热面积达97.7m2，最大限度地提高了总体传热能力内冷挡 板采用圆柱形套管结构2,使传热介质的流动速度加快、分布均匀，传热面积达到了 6.6m2为了方便检修， 内冷挡板与釜体的连接采用可拆式反应过程中的大部分热量由设置在扶梯上封头上的传热面积为 340m2 的体外冷凝器传递，满足悬浮法PVC生产工艺的要求LF135 型聚合釜采用上传动方式，由电动机、扭矩变速器、减速机、传动轴、机械密封、搅拌轴、搅 拌器和底部轴承组成根据搅拌功率的计算，电动机采用6000V、355kw、4级防爆电动机。

扭矩变矩器与 电机采用弹性连接，可按工艺的要求调整搅拌转速，还可吸收搅拌过程中传动机构由于负荷波动而引起的 振动，有利于延长传动系统的寿命减速机输出轴与传动之间采用弹性柱销联轴器；连接，可以有效地克 服由于加工精度和安装精度而造成的对中不良，保证输出轴和传动轴的运转精度密封采用整体集装式双 端面机械密封，采用平衡液罐强制循环供油、手动泵补油的供油方式，可以保证机械密封的使用寿命大于 8000h，单端面泄漏量小于8ml/h为保证传动轴系的支撑刚度，在安装机架上设置一个轴承盒，内置双列 圆锥滚子轴承，以平衡搅拌径向力和轴向力，在机械密封箱体上部设置了一套单列向心球面球轴承，同时 在搅拌轴下部设置了一套滑动轴承，安装时，调整好轴端偏摆，通过偏心套调整轴承安装位置实际上， 搅拌传动系统轴承的设置是按上部两支点、下部为辅助支承的外梁式进行设计的传动轴系采用了中间可 拆式结构，在不拆除机架、减速机和搅拌轴的情况下，可将轴为整体锻制316L材料，其上开有长键槽，用 于固定搅拌器和搅拌器按化工工艺要求上下移动，搅拌器为三层平直桨式为了防止搅拌轴与底部轴承之间产生塑化片，加剧轴承的 磨损，影响树脂质量，底部轴承设置了注水 孔，用计量泵向轴承间隙不间断地注水。

为了满足化工工艺和安全运行的需要，聚合釜配置了喷淋阀、安 全阀、爆破片装置、放料阀和高压清釜装置聚合釜采用裙座固定在基础上，裙座与釜体焊接结构设计完成后，根据化工工艺提供的技术参数，按ASME训一I和国家相关标准规范进行了釜体内 压补强、安装机架和裙座刚度、内冷挡板的计算根据计算结果确定了聚合釜的技术特性表 1 135m3PVC 聚合釜的技术特性表指标釜体夹套釜设计压力/Mpa1.31/Fv1.59体设计温度/°c159159工作介质VCM水容积/m2135—传热面积/ m2釜体夹套88.9，底封头&8,内冷挡板6.6，体外冷凝器340内径壁厚4200mm*(24+3) mm 51 mm*6mm高径比2.03主体材料SA516G7 0+SA240 316L SA285-B/SA-105腐蚀裕度/mm1.61.6焊缝系数10.85容器类别II内表面处理釜内表面抛光Ra0.1〜0.2口 m,内件外表面抛光Ra0.3 口 m传传动方式上传动动电动机参数6000v,355kw4p,50hz,d IIBT4搅减速机B2SV12,I=12.5拌扭矩变矩器EL9装搅拌器形式三层平直叶桨式置轴封形式双端面机械密封搅拌转速(r/min)91 (60〜120)生产能力(t/a)$60000设备质量/kg88.82 聚合釜的制造结构设计及施工图设计完成、并经有关专家论证确认后，锦西机编制了详细的制造工艺、焊接工艺和检 验工艺，开始进行聚合釜的制造。

釜体材料到厂后，首先进行了材料的化学成分和机械性能的检验，并对复合钢板的负层表面逐张进行 100％超声波探伤合格后开始进行筒体滚制成型和封头充压成型在筒体和封头成型过程中，对滚板轧辊 和充压模具进行了处理，防止咯伤复层表面筒体组焊成型和封头冲压后，经检验合格，进行内壁表面的 电解研磨抛光，使其表面粗糙度Ra^0.25Wn然后将筒体与封头组焊并经探伤合格、水压试验和气密性试 验合格后，开始焊接釜体的下封头的半管夹套实际上，上封头上的接管、支架连接接缘、人孔以及体外 冷凝器连接口等焊接件下封头的底轴承接缘、内冷挡板接缘以及加热半管均是在部件状态组焊合格、并 对加工表面进行粗加工后才与筒体组焊的，能够满足封头、筒体组焊后的几何形状和位置偏差要求，加工 表面留有足够的机械加工余量半管夹套组焊成型后，进行了较高的水压强度试验和气密性试验，确保其 焊缝的致密性和强度釜体组焊完成后，采用①5.0mX30m落地式车床，对釜体上、下缘，机架连接接缘进行了整体机加工， 使机架安装接缘的平面度、对釜体中心线的垂直度以及传动轴和搅拌轴轴承孔的同轴度达到了施工图设计 的要求为了提高内冷挡板的传热效果，采用低合金无缝钢管制造，其表面经镀铬后抛光；与釜体连接部分采用 合金锻件，经过 100％探伤、水压试验、气密性试验后对连接部位进行加工。

由于搅拌轴为整体 316L 材料锻制，且其上有长键槽，所以防止变形尤其重要搅拌轴材料到货后，对 锻件的化学成分、机械性能进行检验经第一次粗加工后，将联轴器接盘与轴组焊，并对组焊件进行了振 动消除应力处理搅拌轴总长10600mm,在①普通车床上精加工后，在落地搪床上加工联轴器螺 孔，铁制键槽在整个加工过程中，采取了很多防止加工、运输过程中变形的方法，有效地保证了搅拌轴的尺寸和形状位置偏差符合设计要求搅拌器采用 316L 材料制成，在轴毂加工、桨叶组对过程中，采用了必要的措施，防止各部件加工、组 焊后的变形搅拌器加工完成后，经外表面抛光处理、静平衡处理，符合施工图各项指标的要求减速机及轴承安装支架的加工直接影响传动搅拌系统的运转精度，在组焊支架时，充分考虑了焊接应力 对变形的影响，除了在施焊过程中采用振动消除应力处理外，还在组焊完成后进行了整体消除应力热处理 支架的加工是在大型立式车床和搪床上进行的，由于采用了合适的工艺和工装，有效地保证了安装支架的 尺寸和形位偏差3 机械试运转和现场安装调试为了保证聚合釜的整体性能，各零、部件加工完成后并经检验合格后，进行了聚合釜出厂前的机械运转 试验机械试运转是在整体组装完成后模拟化工生产工艺过程进行的。

聚合釜安装在试车台基础上，经过 对釜体安装支架平面调整水平后，逐步进行搅拌轴、传动轴、机械密封、安装支架以及减速机扭矩变矩 器和电动机的安装，在保证机械密封处传动轴径向跳动和搅拌轴下端轴承处轴径的偏摆符合设计要求之后， 进行了搅拌器的安装机械试运转按照试运转检验规程的要求，以水代提工作介质，向釜内按 30％、60％、90％容积三次注 水每一次注水后进行了 30、60、91r/min 三个转速、每一转速 0.5h 的运转考核，最后在注水 90％容积 的情况下，按91、102r/min分别进行了 2h的运转考核最终运转考核是在91r/min、釜内注水90%容积、 釜内充入压缩空气达到设计压力后进行的运转试验过程中，所以检测点均进行了数据采集，同时模拟化 工工艺控制过程进行了启动、调速、连锁停车等试验部分检测指标如表 2 所示聚合釜机械试运转结束后，经过油漆、包装后运抵现场锦西化机与安装公司一起进行了聚合釜的安装 调试安装调试过程中侧重检查了传动轴、搅拌轴、内冷挡板的安装精度和釜顶支架平面的水平度同时， 为了满足化工工艺自动化控制和设备维修、保养、安全运行的需要，根据配套电动机、扭矩变矩器、减速 机、机械密封等的安装使用说明书，参与了 DCS系统的联动调试。

值得一提的是，在模拟运转考核试验中， 测定的搅拌功率、电动机功率与经搅拌冷模拟试验的准确性表 2 机械试运转前安装和运转检验数据表检验项目要求值试验值连接机械密封箱体及支架安装平面的水平度/(mm/m)0.20.06减速机输出轴与传动轴的同轴度/mm0.20.10减速机输出轴与传动轴联轴器轴向间隙/mm6〜1010机械密封处传动轴的径向跳动/mm0.150.10机械密封处传动轴的轴向窜动量/mmW0.250.20传动轴下端接盘处的径向圆跳动/mm0.200.14搅拌轴端径向圆跳动/mm5.04.2机械密封处轴承箱体温度/°cW60+t43支架轴承温度/°cW60+t23.17机械密封泄漏量/(Ml/h)单端面8无泄漏机械密封箱体温度/°CW60+t62.27搅拌轴下端轴承温度/C60+122减速机输入轴轴承温度/CW60+t66.34减速机中间轴轴承温度/CW60+t51减速机输出轴轴承温度/CW60+t32扭矩变矩器输出轴轴承温度/CW60+t61安装支架振动无明显振动无振动运转噪声/dBW8579*此数据是在釜内充水121m：/，加压至1.31Mpa/转速102r/min情况下测得的；t为环境温度，当时的 现场环境温度为16£。

4 总结与反思在研制过程中，特别是安装调试过程中，引进聚合釜与锦西化机提供 的聚合釜同时出现了由于内冷挡 板外伸放置引起振动的情况，只不过引进釜的振动是釜体振动，国产釜的振动仅是内冷挡板本身的晃动而 已在聚合釜设计过程中，锦西化机曾对于这种安装结构提出过质疑，但由于化工工艺的坚持，不得已维 持了外伸结构振动出现后，立即启动了预设方案，以最快的速度完成了内冷挡板的加固，彻底消除了内 冷挡板的晃动135m3PVC 聚合釜的开发研制过程说明了国内制造大型釜 的能力已经达到了国外先进水平，可以断 言：大型聚合釜从国外引进的历史已经结束，锦化机具有充分的能力为国内外大型PVC装置提供大型聚合 釜无庸讳言，。