CN101238295B - 压缩机,用于制造聚乙烯物的生产装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用作乙烯聚合管形反应器的第二压缩机的压缩机，它包括马达和至少两个压缩机框架，至少一个压缩机框架通过有轮廓的横隔板柔性连接件而与马达连接。

Description

压缩机,用于制造聚乙烯物的生产装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于聚乙烯高压反应器系统的压缩机，还涉及一种包括该压缩机的生产设备以及一种制造聚乙烯均聚物和共聚物的方法。 

背景技术

用于乙烯聚合的高压反应器通常在超过1500巴的压力下工作，有时高至3000巴。而且，该处理的经济成功性取决于具有较长工作寿命的设备以及使停机时间最少。高压乙烯聚合反应器系统通常使用：第一压缩机，该第一压缩机将乙烯原料压缩至例如300巴压力；以及第二压缩机，该第二压缩机将乙烯从第一压缩机的出口压力进一步压缩至反应器压力。这样的第二压缩机的机构复杂，并受到巨大的机械力，但是仍然需要在高生产量下可靠和安全地工作数十年的使用寿命，以便使得该处理在经济上可行。因此，第二压缩机的成功设计和工作对于聚合处理的商业性非常关键。 

在高压反应器中制造聚乙烯和聚乙烯共聚物的经济性还在很大程度上取决于处理的规模，也就是每年生产的产品的吨数。不过，对第二压缩机的机械要求(特别是通过传动系统施加的负载)也在所需生产量增大时增加。因此，需要使第二压缩机在高生产量下可靠和安全地工作。应当知道，由于该用途，我们将该压缩机称为第二压缩机，不过，最初的往复式泵(代替第一压缩机)可以用于使乙烯达到例如300巴压力，或者，压缩机框架可以变化，以便使单个压缩机能够将乙烯从1巴压缩至工作压力。 

用于高压聚合反应器的第二压缩机通常为两级往复式压缩机，具有六个或八个缸，这些缸布置在压缩机框架中，并有由布置在压缩机框架一端的电马达来驱动的公共曲轴。通常需要将压缩机安装在特别 用于使振动最小的基座上。用于发展更高生产量的第二压缩机的一种方法是增加缸的尺寸。不过，该方法的缺点是也增加了施加在缸和框架的、使齿轮部件运转的部件(特别是连杆、轴承以及抵抗由更大柱塞直径而引起的更大压力端部负载的部件)上的负载。第二方法是增加压缩机框架中的缸的数目。不过，该方法需要增加曲轴的长度和通过曲轴传递的功率，这些因素限制了可以包含在压缩机框架中的缸的数目。 

增大压缩机生产量的第三方法是在马达的相对侧包括第二压缩机框架。不过，由于使得两个分开的压缩机框架的曲轴完全对齐的固有困难，已经证明需要使至少一个压缩机框架通过柔性连接件来与马达连接，以避免由于不完全对齐而在曲轴、马达和相关部件上的不可承受的应力。用于第二压缩机的一种已知柔性连接件包括薄盘隔膜组(pack)，由马达施加的力矩通过该薄盘隔膜组而传递给压缩机框架的曲轴，且该薄盘隔膜组可以在它们旋转时弯曲，从而容纳由于压缩机框架曲轴和马达驱动轴的稍微不对准而引起的应变。不过，发现这种柔性连接件在使用时有可能使得隔膜破裂和失效的问题。柔性连接件的失效可能对于在设备处的人很危险，并可能引起设备突然停机，这需要很长时间来清除和重新投入生产。而且，可以制造的薄盘隔膜的尺寸限制了可以通过这种连接件来传递的力矩大小。因此，还需要可以在较高气体生产量下可靠工作较长工作寿命的第二压缩机。 

发明内容

本发明提供了一种用于乙烯聚合高压反应器系统中的压缩机，它包括马达和至少两个压缩机框架，且至少一个压缩机框架通过有轮廓的横隔板(contoured diaphragm)柔性连接件而与马达连接。 

这里使用的术语“有轮廓的横隔板柔性连接件”是指包括布置在与旋转轴线大致垂直的平面中的横隔板的连接件，力矩通过该连接件来传递，且该连接件通过在使用时弯曲而适应马达驱动轴和压缩机框架曲轴的不对准。本发明人认为该连接件与多隔膜类型相比简单，这能够在设计时更精确地预计扭转刚性，从而帮助使连接件在使用时有更 大的可靠性。 

轴的不对准可以分成两个分量：平行偏离，其中，轴的轴线平行但不在相同直线上；以及角度不对准，其中，轴的轴线并不处在相同直线上，而是以一定角度相交。轴的不对准通常包括角度偏离和平行偏离分量，它们可以通过具有在公共旋转轴线上工作的两个轴向间隔开的横隔板来调和。因此，有轮廓的横隔板柔性连接件优选包括两个横隔板，这两个横隔板有公共旋转轴线，且各横隔板固定于在它们之间延伸的细长刚性部件上。 

有轮廓的横隔板柔性连接件已知用于燃气轮机和离心压缩机。这样的离心压缩机在相对较低和恒定的力矩下以及在非常高转速下工作。已经发现，本发明的有轮廓的横隔板柔性连接件也用于高压聚合反应器系统的压缩机中，即使这些压缩机在相对低速下和在非常高力矩下工作(这将通过往复运动循环而变化)，而不管上面对该压缩机的部件所述的其它要求。 

一个实施例是具有超过两个压缩机框架的结构，例如，其中，两个压缩机框架与马达连接，而一个或更多其它压缩机框架通过柔性连接件而与这两个压缩机框架中的一个的曲轴连接。不过，优选是，压缩机只包括布置在马达相对侧的两个压缩机框架，一个压缩机框架通过刚性连接件而与马达连接，另一压缩机框架通过有轮廓的横隔板柔性连接件而与马达连接。还可以使这两个压缩机框架各自通过它们自身的有轮廓的横隔板柔性连接件而与马达连接。 

优选是，柔性连接件的各横隔板是单个板，并可以为任意合适形状，尽管优选是圆形形状。横隔板相对较薄，并需要弯曲，以便适应轴的不对准。各横隔板通常在一侧通过适配器凸缘而与马达轴或压缩机框架曲轴连接，而在它的另一侧与刚性部件连接，并通过该刚性部件与另一横隔板连接。马达轴和曲轴可以在横隔板和刚性部件的内部部分处与横隔板的外部(即远离旋转轴线)部分连接，或者相反。在各个结构中，在外部区域和内部区域之间，力矩通过横隔板传递。马达轴和框架曲轴的不对准使得横隔板扭曲，因为它在使用时以复杂方 式旋转。如上所述，横隔板可以具有能够使它们在传递合适力矩时弯曲的任意尺寸、形状和结构。 

附图说明

图1是用于低密度聚乙烯和聚乙烯共聚物的生产的管形反应器设备的简化方框图。 

图2是用于低密度聚乙烯和聚乙烯共聚物的生产的高压釜反应器设备的简化方框图。 

图3表示了本发明的压缩机的示意图。 

图4表示了有轮廓的横隔板柔性连接件。 

具体实施方式

在横隔板之间延伸的轴和刚性细长部件可以以适合传递所需力矩的任意方式与横隔板连接，例如通过螺栓、花键或焊接。不过，优选是，紧固件是可拆卸的紧固件，例如螺栓，从而使得能够在需要时整个或部分更换连接件。 

刚性细长部件还可以有任意合适尺寸、形状和结构，并必须有足够刚性，以便应付通过它传递的力矩。实际上，扭转刚性是连接件设计中的很大部分，并通过改变刚性细长部件的几何形状而被调节至设计目标。例如，它可以为实心柱体或轴。不过，优选是管形形状。 

在一个实施例中，柔性连接件包括第一和第二横隔板，各横隔板有用于接收紧固件的毂和用于接收紧固件的边缘，该柔性连接件还包括刚性管形部件，该刚性管形部件固定在第一和第二横隔板上并在它们之间延伸。 

如上所述，刚性细长部件的各横隔板可以安装在横隔板的毂上，在这种情况下，马达轴或压缩机框架曲轴可以安装在边缘上，或者刚性细长部件可以安装在边缘上，在这种情况下，轴将安装在毂上。在一个实施例中，刚性细长部件固定在第一和第二横隔板的边缘上(如图4中所示)。在可选实施例中，刚性细长部件固定在一个横隔板的边缘上和另一横隔板的毂上。另外，刚性细长部件可以固定在两个横隔板的毂上。 

横隔板可以包括从毂或边缘中的一个或两个伸出的凸缘，用于安装在轴或刚性细长部件或适配器凸缘上。 

有轮廓的横隔板柔性连接件的尺寸(特别是横隔板的尺寸)将与要由连接件传递的功率大小相关。 

可选择地，柔性连接件包括在两个横隔板中的至少一个上的多个外部螺栓孔，这些外部螺栓孔处在一个外圆上或多个外圆上。各外圆的直径范围在800mm至2000mm之间，优选是从1000mm至1300mm。 

柔性连接件可以包括至少一个(优选两个)横隔板，该横隔板有多个内部螺栓孔，这些内部螺栓孔布置在一个内圆上或多个内圆上。各内圆的直径范围在150mm至900mm之间，优选是从300mm至500mm。 

横隔板可以包括孔或切口，以便降低重量和增加柔韧性。横隔板可以有波纹形截面(在包括旋转轴线的平面中)，从而有旋绕形状。通常，板为圆形形状，并没有孔(除了螺栓孔和在内部螺栓孔内侧的可选中心孔)。 

优选是，各横隔板由热处理的合金的实心盘机械加工而成。优选是，各横隔板是高强度钢合金，例如AMS6414。优选是，对各横隔板进行精加工，以便除去任何表面裂纹或其它可能起到应力集中和引起裂纹作用的特征，例如可以对横隔板进行喷丸。优选是，柔性连接件可以包括防护件，以便防止横隔板划伤和防止连接部件在连接的横隔板发生故障时产生较大位移。 

优选是，横隔板形成得在施加力矩和不对准扭曲时获得充分的应力分布。根据有时相互冲突的关注因素来选择横隔板的尺寸和型面，这些因素包括：所需的力矩传递、最大设计允许不对准、材料的疲劳强度以及连接的机器的实际几何形状限制。这样，在使用时由横隔板的变形而产生的应力将保持低于在有限疲劳寿命的最大允许应力(对于给定力矩级别和不对准工差)。因此，横隔板的设计特征需要在它能够传递力矩和它的柔性之间进行平衡。 

优选是，柔性连接件包括至少一个和优选两个横隔板，各横隔板 有从柔性连接件的旋转轴线沿径向方向向外减小厚度的区域。 

优选是，各横隔板包括沿径向方向渐缩的区域，它朝着中间更厚且朝着边缘更薄，以便在横隔板的型面上沿径向方向获得更均匀的扭转和轴向弯曲应力分布。优选是，横隔板的该渐缩部分通过平滑倒角接头而与其它部分连接，例如毂和边缘部分。 

优选是，柔性连接件包括两个基本相同的横隔板。 

将在横隔板之间的细长部件的几何形状选择为使连接件获得设计扭转刚性，以避免激励马达连接件和压缩机系统的扭转自然频率或多个扭转自然频率。长度、直径、壁厚和材料将有助于连接件的扭转刚性，并将其选择为适应所连接的机器的几何形状限制。在横隔板之间的距离例如可以在从500mm至2500mm的范围内，优选是在从800mm至1400mm的范围内。细长部件的直径例如可以在从150mm至2000mm的范围内，优选是在300mm至1300mm的范围内。细长部件的壁厚例如可以在10mm至300mm的范围内，优选是15mm至40mm的范围内。细长部件可以为任意合适材料，例如AMS6415钢。 

优选是，柔性连接件能够适应轴的角度不对准直到六分之一度，更优选是直到三分之一度，更优选是直到二分之一度。 

优选是，柔性连接件能够从马达向压缩机框架传递至少600000牛顿米的力矩，更优选是至少1000000牛顿米，更优选是至少2000000牛顿米。 

优选是，压缩机能够有每小时100吨或更多的气体生产量，优选是每小时120吨或更多，更优选是每小时至少160吨，且压力为至少1500巴，优选是至少2000巴，更优选是至少2500巴。优选是，压缩机包括两个压缩机框架，具有总共至少10个缸，优选是至少12个，更优选是至少14个，更优选是至少16个，最优选是至少18个缸。 

本发明还提供了用于乙烯均聚物和共聚物的高压生产装置，它包括管形反应器和本发明的压缩机。或者，本发明提供了用于乙烯均聚物和共聚物的高压生产装置，它包括高压釜反应器和本发明的压缩机。 

本发明还提供了一种制造乙烯均聚物和共聚物的方法，它包括以 下步骤：利用本发明的压缩机来将乙烯气体(可选择地包括一个或多个共聚单体)压缩至至少1500巴的压力，优选是至少2000巴，更优选是至少2500巴，更优选是至少2800巴。优选是，压缩机在至少100吨每小时的气体生产量下工作，优选是至少120吨每小时，更优选是至少160吨每小时。 

图1表示了聚合设备1，它包括乙烯供给管线2，该乙烯供给管线2在70巴的压力下将乙烯供给第一压缩机3，该第一压缩机将乙烯压缩至大约300巴压力。第一压缩机3的出口通过具有阀的管而与第二压缩机4的进口连通，该第二压缩机4是两级往复式压缩机，并将乙烯和其它反应组分压缩至3000巴压力。离开第二压缩机4的压缩乙烯分成两股气流，一股气流进入管形反应器5的前端，另一股气流分成一个或多个侧部气流，这些侧部气流在沿管形反应器5长度的多点处进入管形反应器5。管形反应器还沿它的长度设有多个引发剂注射点，它们从引发剂注射系统6被供给。 

聚合物和未反应的单体的混合物从管形反应器5通过高压排出阀7而进入高压分离器8，在该高压分离器8中，它分离成产品聚合物和未反应的单体，该产品聚合物再通向低压分离器9，并最终通过管10通向挤出机(未示出)，而该未反应单体通过再循环气体系统11而返回第二压缩机4的进口。低压未反应单体气体从低压分离器9通过净化气压缩机12而通向第一压缩机3的进口。 

图2表示了聚合设备1b，该聚合设备1b包括乙烯供给管线2b，该乙烯供给管线2b在70巴的压力下将乙烯供给第一压缩机3b，该第一压缩机将乙烯压缩至大约300巴压力。第一压缩机3b的出口通过具有阀的管而与第二压缩机4b的进口连通，该第二压缩机4b是两级往复式压缩机，并将乙烯和其它反应组分压缩至1500巴压力。离开第二压缩机4b的压缩的乙烯分成两股气流，一股气流进入高压釜反应器5b的前端，另一股气流分成一个或多个侧部气流，这些侧部气流在沿高压釜反应器长度的多点处进入高压釜反应器5b。高压釜反应器还沿它的长度设有几个引发剂注射点，它们从引发剂注射系统6b被供给。 

聚合物和未反应的单体的混合物从高压釜反应器5b通过高压排出阀7b而进入高压分离器8b，在该高压分离器8b中，它分离成产品聚合物和未反应的单体，该产品聚合物再通向低压分离器9b，并最终通过管10b通向挤出机(未示出)，而该未反应单体通过再循环气体系统11b而返回第二压缩机4b的进口。低压未反应单体气体从低压分离器9b通过净化气压缩机12b而通向第一压缩机3b的进口。 

图3表示了本发明压缩机的示意图，该压缩机包括布置在两个相同压缩机框架21和22之间的电马达20，各压缩机框架21和22有布置成相对的三对的六个缸。在马达20右侧的压缩机框架22的曲轴23通过刚性连接件25而与马达的驱动轴24连接。在马达20左侧的压缩机框架21的曲轴26通过本发明的有轮廓的横隔板柔性连接件27而与马达驱动轴24连接。 

图4表示了穿过本发明的半个有轮廓的横隔板柔性连接件的剖面。在图4中，连接件的旋转轴线由线30标记。连接件包括刚性管形部件31，该刚性管形部件31在各端处有向外凸出的凸缘32、33。连接件包括两个相同的有轮廓的横隔板34a、34b，各横隔板位于管31的端部，且各横隔板包括外部边缘35，该外部边缘35通过螺栓36而固定在凸缘32、33之一上。各横隔板34a、34b有内部毂37，该内部毂37通过螺栓38而固定在相应凸缘39a、39b上。凸缘39a通过螺栓(未示出)而固定在马达(未示出)的驱动轴上，而凸缘39a通过螺栓(未示出)而固定在压缩机框架(未示出)的曲轴上。各横隔板34a、34b包括相对较薄的区域40，该相对较薄区域40为楔形，朝着毂37更厚且朝着边缘35更薄。在使用连接件时，各横隔板34a、34b的较薄区域40弯曲，以便适应马达轴和压缩机框架曲轴的不对准。 

外部螺栓36处在与旋转轴线30同心的圆上，而内部螺栓38处在也与轴线30同心的更小圆上。 

各横隔板34a、34b有防护板41，该防护板41通过外部螺栓36而固定在横隔板上。 

可以通过在管凸缘32、33和横隔板34a、34b的边缘35之间插入 垫片来进行连接件长度的精细调节。 

尽管这里已经详细描述和介绍了优选实施例，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离本发明精神的情况下可以进行各种变化、添加、替换等，因此，它们在由下面的权利要求确定的本发明范围内。说明书的介绍只是用于描述本发明的优选实施例，并不是将本发明限制于这些特定实施例。在说明书中使用子标题是用于辅助说明，而决不是用于限制本发明的范围。 

Claims (18)

1.一种用于乙烯聚合高压反应器系统中的压缩机，包括马达和至少两个压缩机框架，其中两个压缩机框架布置在马达相对两侧，一个压缩机框架通过刚性连接件而与马达连接，另一压缩机框架通过有轮廓的横隔板柔性连接件而与马达连接，

其中：柔性连接件包括第一和第二横隔板，各横隔板有用于接收紧固件的毂和用于接收紧固件的边缘，该柔性连接件还包括刚性管形部件，该刚性管形部件固定在第一和第二横隔板上并在它们之间延伸；各横隔板设有防护板。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其中：高压反应器系统是管形反应器系统。

3.根据权利要求1所述的压缩机，其中：高压反应器系统是高压釜反应器系统。

4.根据权利要求1所述的压缩机，其中：刚性管形部件固定在第一横隔板的边缘或毂上。

5.根据权利要求1所述的压缩机，其中：刚性管形部件固定在第二横隔板的边缘或毂上。

6.根据权利要求1至5中任意一个所述的压缩机，其中：柔性连接件包括至少一个具有多个外部螺栓孔的横隔板，这些外部螺栓孔处在直径范围为800mm至2000mm的一个圆或多个圆上。

7.根据权利要求1至5中任意一个所述的压缩机，其中：柔性连接件包括至少一个具有多个内部螺栓孔横隔板，这些内部螺栓孔布置在直径范围为150mm至900mm的一个圆或多个圆上。

8.根据权利要求1至5中任意一个所述的压缩机，其中：柔性连接件包括至少一个具有从柔性连接件的旋转轴线沿径向方向向外减小厚度的区域的横隔板。

9.根据权利要求8所述的压缩机，其中：所述至少一个横隔板沿径向方向渐缩。

10.根据权利要求1至5中任意一个所述的压缩机，其中：柔性连接件包括基本彼此相同的两个横隔板。

11.根据权利要求1至5中任意一个所述的压缩机，其中：柔性连接件包括分开的距离在从500mm至2500mm的范围内的两个横隔板。

12.根据权利要求1至5中任意一个所述的压缩机，其中：柔性连接件能够从马达向压缩机框架传递至少600000牛顿米的力矩。

13.根据权利要求1至5中任意一个所述的压缩机，其中：该压缩机能够有在至少1500巴压力下的至少100吨乙烯/小时的生产量。

14.根据权利要求1至5中任意一个所述的压缩机，其中：压缩机包括两个压缩机框架，这两个压缩机框架有总共至少12个缸。

15.一种用于聚乙烯均聚物和聚乙烯共聚物的生产装置，包括管形反应器和如权利要求1至14中任意一个所述的压缩机。

16.一种制造聚乙烯均聚物和聚乙烯共聚物的方法，包括以下步骤：利用如权利要求1至14中任意一个所述的压缩机来将乙烯气体压缩至至少1500巴的压力。

17.根据权利要求16所述的制造聚乙烯均聚物和聚乙烯共聚物的方法，其中：压缩机在至少100吨每小时的生产量下工作。

18.根据权利要求16所述的制造聚乙烯均聚物和聚乙烯共聚物的方法，该乙烯气体包括一种或多种共聚单体。

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