动力分离器是环管反应工艺聚丙烯生产装置重要的单元设备之一——其主要作用是将分离容器中排出的大量聚合物粉末在闪蒸罐中回收，并尽可能控制随气体外泄的粉尘量，从而实现聚合物粉末最高效的回收。该设备一旦出现故障，将造成整个装置停车，对于正常生产流程产生严重影响。通过对聚丙烯闪蒸罐动力分离器的结构改造，增加了设备整体抗振性能，延长轴承和机械密封的使用寿命，确保了设备长周期稳定运行。

某石化动力分离器自投入运行以来，频繁出现轴承温升过高而烧坏停车，日常运转温度高达85~90℃，且伴有机械密封破碎，传动轴弯曲等现象，转子部位轴跳动量最高达1.5 mm。设备运行以来，运转最长周期为3个月，由于设备位于30多米的平台上，给检修带来较大困难，设备故障严重影响着装置生产及安全。

动力分离器参数

介质：丙烯+聚合物;工作温度：90 ℃;工作压力：1.8 MPa ;介质特性：轻毒、易燃、易爆、易挥发;电机转速：n=1 450 r/min ;电机功率：P=37 kW;密封形式：双端面机械密封;密封方案：API plan53A。

图1 分离器结构图

动力分离器结构及工作原理

如图1所示，动力分离器采用立式安装，主要包含电机、角接触轴承、轴承架、传动轴、出口段、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、机械密封和转子等零部件。

分离器位于丙烯闪蒸罐顶部，闪蒸罐上端有入料口，底端设出料口，转子位于入料口的上部。丙烯及聚合物从入料口沿切线方向进入闪蒸罐，转子在传动轴带动下高速旋转，在闪蒸罐内形成离心场，聚合物粉末在罐内螺旋回游，在重力作用下，粒径较大的颗粒粉末从容器壁直接掉入出料口，粒径较小的颗粒粉末随着气流在转子处进行再次旋转筛选分离，如此循环筛选，直至满足工艺要求。从而实现聚合物粉末的分离，聚合物粉末在闪蒸罐中得到回收。

动力分离器故障及原因分析

通过对动力分离器现场调研，结合设备使用及检修意见，综合分析造成以上故障原因为以下几方面：

♦分离器上部设置角接触球轴承，下部设置圆柱滚子轴承，转子下部与传动轴配合，下支点圆柱滚子轴承和转子之间设置有供气体介质排出的出口段和机械密封，机械密封位于出口段腔体内，这就导致转子和下支承点的间距过大，上下两支点轴承间距为830 mm，下支点和转子间距为660 mm，转子悬臂过大，设备整体抗振性能差，在高速运转时转子容易偏摆振动。

♦分离器运转时，带有聚合物颗粒气流与高速转子相互作用冲击，易引起较大振动，且分离器安装在30多米的钢构安装平台上，受平台结构、周边其他设备及自然风等条件影响，平台整体抗振性能薄弱，运转时设备及振动过大。与此同时，通过将分离器安装到实验平台进行运转实验，设备整体振动值明显下降，最高为4.5 mm/s，在设备正常振动范围值之内。由此可见，分离器与安装平台发生了轻微共振现象。

♦轴承采用脂润滑方式，不利于散热。润滑脂的摩擦系数较大，运转过程中会产生较大的阻力，如没有冷却措施，易导致轴承温度过高。脂润滑具有严格的温度限制，当出现使用温度过高、轴承座内进水和进灰等现象时，润滑脂会发生严重氧化和乳化现象，从而失去润滑作用，导致轴承因高温而烧损。

图2 优化后分离器结构图

优化设计措施

针对以上设备故障原因，对分离器进行结构优化。如图2优化设计后的分离器结构图，设计减小了转子的悬臂，增加了两支点轴承间距，并采用带水冷却的油浴润滑方式，改变设备固有频率，避免共振现象。

选用同内径重载轴承，能够承受更大的载荷，增加设备抗振性能，提高轴承使用寿命。受装置整体安装长度影响，设备高度无法增加，因此在保证设备整体安装尺寸不变的前提下，把下支点轴承转移到机械密封内部，缩小了下支点和转子间距，加大两支点间距，上下两支点轴承间距为930 mm，下支点和转子间距为560 mm，确保足够的悬臂比，设备整体抗振性能增强，保证了设备稳定性。此设计简化了传动装置的结构，有利于设备的检修和维护。

分离器轴承皆采用脂润滑，现将角接触球轴承脂润滑改为带水冷却的自吸式油浴润滑方式，在保证润滑性能的同时，有效避免润滑油的泄露和消耗，油箱内设置了水冷盘管进行降温，大大降低设备运行中的轴承温升，轴承采用轴承隔离器进行密封防尘，保证设备长期、安全、有效运行。

图3  密封及轴承润滑/冷却流程

如图3，圆柱滚子轴承设置在双端面机械密封腔体内，两对单端面密封位于轴承两侧，机械密封采用API plan53A辅助系统，隔离液采用的是工业白油，轴承完全浸没在循环隔离液内，隔离液不仅对轴承进行润滑，还可将轴承运转摩擦产生的热量传递出去，API plan53A辅助系统冷却器对循环的隔离液降温，从而保证轴承温升在允许范围内。

增大了轴承架外部直径，改变设备整体固有频率，从而避免共振现象，同时设备重心下移，稳定性更高。

传动轴近似临界转速公式为：

k为经验系数，对轴径由中间向两端逐渐减小的轴采用k=7.5，最大轴径d=90 mm，轴承间距l=0.93 m，转子总重量G=95 N。所以第一临界转速nc=6 950 r/min。按规定n应小于0.7倍临界转速nc,当计算的临界转速使n/nk﹥0.7时，就有共振危险。此设计n=1 450 r/min小于0.7倍临界转速，避免了动力分离器共振风险。

优化效果

通过对设备优化，设备运转良好，相关参数完全符合相关混合搅拌类设备要求。具体如下：

结论

通过对闪蒸罐动力分离器的结构优化，增加了设备的抗振性能，大大延长了轴承及机械密封的使用寿命，自设备投产运行以来，未出现轴承及密封等故障引起停车现象，确保了装置平稳有序运行，对同类装置具有极大的借鉴意义。