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間歇本體法聚丙烯裝置聚合反應釜改進方案分析

文檔作者：張世超文檔來源：中海石油中捷石化有限公司		更新日期： 2026年08月18日	點擊數：
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石油化工
前言
目前國內大部分小本體聚丙烯裝置，使用的聚合釜
一般都在10年以上。中捷石化聚丙烯裝置自2003年建成
投產，聚合釜采用的是上海楊園壓力容器制造廠生產的
12m2聚合釜。已經連續運行16年，受該設備換熱系統、
噴料設施、密封系統等設計上的不足，設備運行中故障
率較高，單釜產能下降較快，目前只能夠達到設計產能
的65%。因此，聚合釜整體改進升級是恢復裝置設計產
能，降低設備故障率的唯一途徑。
原有聚合釜生產廠家因近10年來小本體工藝受限，
缺少新興市場而相繼倒閉或轉產。需要我們總結原聚合
釜存在的問題，委托可生產聚合釜的設備制造廠家，通
過換熱系統、噴料設施、密封系統等改進，使新型聚合
釜符合生產裝置安全規范的前提下，大幅提升裝置產
能，提高產品質量，實現“增產創效”的目的。
二、聚合釜密封形式的改進
1.傳統填料密封存在的問題
原聚合釜采用的是傳統填料密封，填料密封具有以
下問題：（1）泄露頻次高。受聚合釜間歇反應過程影
響，釜內壓力、溫度4個小時就要完成一次周期變化，對
填料的密封沖擊性增強，往往調整好的填料密封，在頻
繁的外力和外溫變化下，出現盤根緊固螺栓松動發生泄
露問題。（2）維修調整期較長。填料的形式直接與主軸
接觸摩擦，主軸會有一定量的磨損凹陷，維修中更換全
新的填料，裝配中不能立刻做到完全不泄漏，需要2-7
天的壓緊力調整時間。（3）運行成本高。填料密封需要
使用專門柱塞油泵加注潤滑白油，耗油量較大。而且經
常出現油路堵塞和填料壓蓋過緊，出現潤滑不良，很短
時間就會造成填料高溫碳化失效，更換一套聚四氟乙烯
填料至少需要六千元以上。（4）安全環保成本高。填料
密封白油注油器距離密封處有5米左右的距離，使用高壓
銅管連接，銅管接口采用管箍緊固對接，受聚合釜工藝
壓力周期變化影響，銅管連接頭經常會出現松脫問題，
引發聚合釜內丙烯氣體攜帶白油現場噴濺；填料密封的
泄漏前兆性也不高，泄漏量過大引發的安全事故在行業
內發生多起。同時填料運行的白油加注，工藝上大量溢
流廢油產生。每次維修填料和填料調整過程都會產生較
多的沖洗廢油。這些廢油的后期環保處理，又增加了一
部分成本。（5）產品品質低。填料密封在使用中產生
泄漏會首先泄漏出調節產品熔融指數的氫氣，造成產品
熔融指數不穩定；填料密封白油會有一部分注入聚合釜
內，使產品灰分的升高，進而影響產品品質。
2.釜用機械密封的應用分析
（1）產品質量對比。在聚丙烯產品指標控制中，控
制加注氫氣量是調整聚丙烯成品熔融指數牌號的主要手
段，氫氣投料過程首先加入，主要聚集在聚合釜頂部，
而聚合釜密封就處于頂部，傳統填料密封出現泄漏會導
致氫氣最先跑損，因此，聚合反應產出的聚丙烯產品熔
融指數無法得到準確控制。相反，機械密封采用雙級密
封形式，密封嚴密無泄漏。因此，產品熔融指數控制相
對更加精準。（2）安全環保性對比。填料密封在聚合釜
運行中突發泄漏頻率較高，沒有較為有效的控制措施；
機械密封采用了雙級密封保障，使用白油作為兩級密封
的隔離液，第一道泄漏可以通過白油罐浮子上升速度來
判斷維修，能夠完全解決密封泄漏的問題。因此，機械
密封運行期間的安全和環保能夠得到保障。
三、聚合釜換熱系統改進方案
隨著聚丙烯催化劑的改進發展, 目前小本體聚丙烯裝
置全部使用了第三代高效催化劑，由于其活性高、反應
時間短、工藝可控等一系列優點, 使小本體聚丙烯的單釜
間歇本體法聚丙烯裝置聚合反應釜改進方案分析
張世超　　中海石油中捷石化有限公司
【摘　要】間歇式液相本體法（俗稱小本體）生產工藝是我國自行研制的一種聚丙烯生產方式。裝置的核心設備為
帶有攪拌換熱系統的聚合釜，聚合釜的效能直接影響到聚丙烯裝置的產品產能和產品品質。原有小本體
聚丙烯裝置聚合釜升級改進方向，需要我們結合原有聚合釜生產中摸索出的換熱結構不合理、容易結
塊、運行故障率高等問題，運用國內現有設備制作技術逐一進行解決，使改進后的聚合釜能夠達到提高
產能、提高質量、提高運行周期的目的。
【關鍵詞】小本體；聚合釜；密封；換熱；減速機
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2021.09.014
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石油化工
產量和產品質量有了較大提升。但是在實際生產中，原
有聚合設備因其換熱結構設計缺陷, 無法充分發揮高效催
化劑的優點。
循環水進水
熱水進水
內冷回水
夾套回水
回水場
回熱水罐
夾套進水
內冷進水
圖1
如圖1，聚合釜夾套采用底部雙向切水進水，出水
在夾套上部，一個出水口，夾套容積2.3m³，換熱面積
23m³，約占全釜換熱面積的80%，是聚合釜主要的換熱
部分。夾套內有折流板，當水壓較低時，受折流板作用
緩沖明顯，水流速下降，湍流效應小；一個出水口使用
中會出現走短路現象。出現了換熱效果差的問題。針對
其原設計中的不足，聚合釜夾套改進有以下幾個方面：
1.夾套出水形式的改進。將聚合釜的夾套出口由“2
進1出”改為“2進2出”，即便是聚合釜夾套內環流隔板
遭腐蝕沖破損，也可降低原結構偏流問題，可有效改善
冷卻水在夾套內均勻流動程度，提高夾套冷卻效果。
2.夾套換熱面積的改進。聚合釜的夾套在原聚合釜
的設計基礎上，向上部進行加長延伸，因釜上部氣相空
間是釜內溫度最高部位，這樣可以加大了夾套換熱量，
一定程度上提高了夾套換熱效果。
3.夾套測溫口處缺陷的改進。夾套下測溫口處夾套
套管采用大小頭結構，改變套管與設備筒體的受力狀
況，把套管在設備筒體處所受的總作用力分散，這樣結
構改變后，有效的防止了設備使用時間久后由于溫差和
壓力波動等引起的交變應力對套管的疲勞破壞。解決日
常夾套生產期間開裂，需要停工動火補焊的問題。
4.升級原夾套環流隔板表面處理。沿海地區水質偏
硬，原聚合釜夾套折流板未進行特殊處理，使用周期不
超3年會出現腐蝕脫落和變形。因此，可在夾套循環水接
觸側螺旋折流板采用鍍鉻防垢處理，有效延長部件使用
壽命。
四、聚合釜減速機改進方案
1.現有聚合釜減速機運行中的弊端
（1）故障率偏高。原聚合釜配備的立式行星減速機
傳動效率不高，備用件數量庫存量大；每臺配備一臺齒
輪循環油泵進行強制潤滑，增加了動力電的耗能，另外
循環油泵維修率較高。平均單臺聚合釜循環油泵故障更
換1臺次/年；電機和減速機聯軸器維修0.5臺次/年；減速
機整體大修0.3臺次/年。年平均單臺聚合釜維修費用高達
2萬元以上。（2）安全風險大。原聚合釜減速機和循環
油泵故障較為頻繁，故障時需要提前終止聚會反應，輕
者緊急進行丙烯回收，影響產品收率。重者故障發生在
聚合反應前期，會因聚合釜內攪拌中斷，催化劑集中反
應熱夾雜在前期反應出的粉料中無法撤出，而出現聚合
釜內暴聚塑化事故，需要打開聚合釜人孔進行人工清理
結塊，清理中的安全風險較大。（3）運行噪音大。原聚
合釜減速機運行時的噪聲達到90分貝以上，對需要在聚
合釜上投料的人員來說，職業噪聲的影響較大，對聽力
有較大的影響。
2.現有聚合釜減速機改進措施
根據目前國內釜用減速機的應用情況，西門子
(FLENDER) ZF168-K2-250減速機有較高的運行效果，是
改進的重要選擇。
（1）該新型減速機通過研磨齒輪和采用吸噪音箱體
使噪音大大的降低。現場運行噪音較其他運行的減速機
明顯較低，噪聲不高于55分貝。（2）該新型減速機省去
了循環油泵，減速機改造后省去的0.55Kw的循環油泵電
機1臺（全年單臺降低電能消耗0.4356萬度）。（3）該
新型減速機運行故障率低，減速機無故障運行平均期能
達到5年以上，避免了由于減速機故障造成攪拌停運，引
起減產、粉料暴聚等事故的幾率。（4）新型聚合釜減速
機與電機裝配采用K4柔性聯軸器，解決了原聚合釜采用
K2硬聯軸器，在產量上來后由于負載加大，電機軸和減
速機一級輸入軸的軸和軸承損壞問題。
五、結束語
總結聚合釜以上改進方案，下一步委托聚合釜制造
廠家，根據聚合釜改進方案來制作新型聚合釜。新型聚
合釜投入運行后，故障率會大幅度降低。同時，作為聚
丙烯裝置的核心設備聚合釜，運行安全性得到了很大的
提高。最主要的是裝置聚丙烯產能預計會高出原聚合釜
設計產能的20%以上。能夠達到“增產創效”的目的。
參考文獻：
[1]顧惠君.聚合釜機械密封失效原因分析.[J].哈爾濱煤礦
機械研究所,2009.
[2]林景宏.聚合釜攪拌軸填料密封改進探討[J].化工設備
與管道,2004年6期.
作者簡介：張世超（1981-），男，河北滄州人，助理
工程師，畢業于中國石油大學（華東）化學工程與工藝
專業，現在中海石油中捷石化有限公司工作。

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