卧式反应器浮动端轴承失效分析及改造应用

引言：

该装置采用 INEOS 公司的 Innovene 气相聚丙烯专利技术，具备生产均聚物（HP）、抗冲共聚物（ICP）和无规共聚物（RCP）的能力，操作弹性为 60- 110% 。卧式反应器由比利时 COEK 公司生产，工作压力 2.2-- 2.3MPa ，运行温度 66^∘C ，工艺介质包含聚丙烯粉料及工艺气（丙烯气、氢气、氮气、三乙基铝等），密封冲洗介质为气相丙烯，压力约 2.7MPa^[1] 。该反应器作为装置的核心设备，每次检修都需使所在生产线停工，不仅造成反应器物料损失，还会导致挤压造粒等后续工段停产。

1 卧式反应器的结构

该该设备由电机驱动（转速 993rpm ，功率 450kw ），中间通过减速箱减速，输出转速降为 15rpm，采用齿套式联轴器与搅拌器主轴连接。搅拌器主轴由驱动端、桨叶主轴、浮动端三部分组成。

2 反应器浮动端故障现象

2.1 骨架密封偏磨和填料硬化失效

骨架密封出现严重偏磨情况，同时填料硬化，失去密封功能。骨架密封偏磨可能是由于转子的偏心运行、轴的振动以及密封材料的质量等多种因素共同作用的结果。而填料硬化则与粉料的进入、摩擦热的产生以及填料自身的老化等因素密切相关。

2.2 轴承损坏和轴颈磨损

轴承出现损坏，轴颈也有明显磨损迹象。轴承损坏的原因较为复杂，可能包括润滑不良、过载、疲劳磨损以及杂质的侵入等。轴颈磨损则主要是由于与轴承内圈的相对运动、摩擦以及腐蚀等因素引起的。

2.3 粉料堵塞加脂嘴

轴承座进入大量粉料，轴承箱加脂嘴被堵塞，润滑脂发生变质，粉料堵塞 加脂嘴会导致润滑脂无法正常补充，使轴承处于缺油状态，加剧轴承的磨损。 润滑脂变质则会使其润滑性能下降，进一步影响轴承的运行寿命。

3 故障原因分析

设备运行过程中，气封失效致使聚丙烯粉料进入轴承箱，滚动轴承润滑脂受到污染而变质，润滑性能大幅下降，进而引发轴承干摩擦损坏，外在表现为轴承温度持续攀升。当气封失效后，超细粉料会先进入填料与轴的密封部位，在摩擦热的作用下塑化凝固，使填料失去弹性，加速填料失效，导致大量粉料涌入轴承箱。润滑脂与粉料混合形成颗粒物，在高温下进一步塑化，失去流动性的润滑脂会堵塞轴承加脂嘴，致使润滑脂无法正常置换，加剧轴承摩擦损坏。

3.1 气封失效

为防止反应器中带压粉料经转轴旋转部位泄漏进入浮动端轴承腔体，设备设置了隔板气封，其结构为两道骨架密封，并在中间通入丙烯隔离气。当第一道骨架油封唇口磨损或轴径磨损，且丙烯隔离气压力小于反应器内部压力时，反应器内粉料会进入丙烯气腔体，严重时会堵塞吹扫管线，导致隔离气失效，大量粉料经隔板气封进入轴承箱腔体。

每次拆检发现气封存在严重偏磨现象。由于桨叶结构和转子旋转方向的影响，转子旋转时桨叶搅拌粉料，粉料会给转子一个推力。当该推力大于轴承座螺栓紧力时，转子会朝一个方向偏移，使转子轴颈与气封不同心，产生偏磨，缩短气封运行周期。

3.2 轴承箱填料密封失效

轴承箱填料由三组耐磨填料并排组合而成。当填料与轴径之间存在微量泄漏时，超细粉料进入密封部位，受摩擦热影响塑化凝固，填料失去弹性，加剧失效，从而使大量粉料进入轴承箱。

3.3 轴承润滑脂受污染变质

轴承箱为分体结构，存在较多泄漏点，密封性较差。当隔板气封和轴承箱填料失效时，大量细粉进入轴承箱。随着转子旋转和滚动体的滚动，粉料混入润滑脂，破坏其润滑性能。在失去润滑作用的情况下，浮动端轴承运转时滚动体与内外圈摩擦生热增加，轴承体温度升高，导致润滑脂和粉料塑化结块，进

一步加剧轴承磨损。

4 改进措施

4.1 轴承座两侧加装顶丝

每次检修时发现整个轴承座金属基础发生移位，固定基础的四根长螺栓偏向西侧。这是因为转子工作时承受向西的作用力，而轴承箱底座与中间支架仅靠四个长螺栓连接，无法有效克服该作用力，致使转子与气封不同心，加剧气封偏磨 [2]。考虑到轴承座地脚螺栓孔径与支撑架孔径的限制，无法加大螺栓直径，因此在底座东西方向加焊顶丝顶住中间支架，有效避免转子偏心和气封偏磨。

4.2 填料函改造

当隔板气封泄漏时，轴承箱填料作为防止粉料进入轴承箱的最后一道防线，对轴承运行周期至关重要。改进后的填料函结构与轴承箱结合部位的结构、尺寸基本不变，无需改变轴承箱位置。在填料环中间增加一个气封环，利用原密封气管线接三通通入密封气，使高压气体向外吹扫，隔绝粉料，防止其进入填料，为轴承创造清洁环境。此外，在填料函最里面增设一道骨架油封，进一步防止粉料进入轴承箱 [3]。

4.3 轴承箱改造

为解决原始设计密封不严、杂质易进入轴承室导致油脂失效和轴承损坏的问题，将原先的分体轴承箱改造为整体轴承箱。第一道防护采用特氟龙密封，初步阻断杂质进入途径。由于轴和密封之间难以做到完全无间隙，第二道防护采用舱体满填充设计，在轴承座舱体中充满润滑脂，该部分润滑脂仅起密封作用，实现 100% 密封。同时，在密封端盖上设置注脂孔和溢脂孔，便于添加新油脂和排出老油脂，确保轴承座舱体内始终充满有效油脂，达到完美密封效果[4]。第三道防护采用三唇式密封，与轴承一体设计，有效隔断轴承座舱体润滑脂和轴承内部润滑脂的接触，使两者发挥不同作用。如此设计，除正常损耗外，轴承内部润滑脂不会受到污染，保证了油脂的有效性，从根本上解决了因油脂失效导致的轴承损坏问题。

5 结束语

反应器浮动端轴承座改造后，设备运行稳定正常，能够满足生产实际负荷需求，产品质量达到标准。通过此次改造，成功攻克了生产瓶颈难题，彻底消除了设备故障隐患，避免了反应器非计划停工，节省了维修成本和配件费用，保障了装置的平稳连续生产，为同类装置反应器的运行和维修提供了宝贵的实践经验。未来，随着技术的不断进步和生产需求的不断提高，还需要进一步加强对卧式反应器的研究和改进，不断优化设备结构和运行参数，提高设备的可靠性和稳定性，为石化行业的发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1] 苏既同 . Innovene 气相法聚丙烯卧式搅拌反应器运行分析 [J]. 化工管理，2021，63（13）:136.

[2] 王晶. 聚丙烯装置卧式反应器搅拌器驱动轴断裂分析 [J]. 石油化工设备技术，2018，39（4）:41.

[3] 肖光宇 . DHSL - 400LM - 06A 型反应搅拌器转子浮动端改造 [J].中国设备工程，2018，21（17）:163.

[4] 王春领 . 气相法聚丙烯装置卧式反应釜浮动端轴承失效分析及对策[J]. 安全、健康和环境，2016，16（4）:13.