影響聚酯熔體泵平穩(wěn)運行原因分析及對策

高 剛,王 昊

(1.中國石化洛陽分公司聚酯車間;2.三隆安裝檢修有限公司)

影響聚酯熔體泵平穩(wěn)運行原因分析及對策

高 剛1,王 昊2

(1.中國石化洛陽分公司聚酯車間;2.三隆安裝檢修有限公司)

本文從影響熔體泵平穩(wěn)運行的設(shè)備因素、物料因素、人為因素入手,對影響熔體泵平穩(wěn)運行的原因進行深入分析,采取穩(wěn)定負荷、改善工藝、加強現(xiàn)場檢查、提高操作人員技術(shù)水平等相應措施,使問題得到解決。

熔體泵;設(shè)備因素;物料因素;人為因素

1 前言

洛陽石化 20萬噸 /年聚酯裝置主要由 CP-1和 CP-2兩條生產(chǎn)線組成,它采用杜邦專利技術(shù),生產(chǎn)聚酯熔體。熔體泵是終縮聚反應釜的出料泵,是聚酯裝置向下游短纖維和長絲裝置輸送熔體的動力設(shè)備,是聚酯裝置關(guān)鍵設(shè)備之一。熔體泵的每次停運都會引起本裝置產(chǎn)品質(zhì)量的大幅波動,給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。本文對影響熔體泵平穩(wěn)運行的因素進行了全面分析,并提出了相應的解決措施。

2 熔體泵簡介

2.1 工作原理 熔體泵為島津公司生產(chǎn)的外嚙合齒輪泵,主要由殼體、主動齒輪、從動齒輪、滑動軸承和密封等組成。它依靠齒輪在相互嚙合過程中所引起的工作容積的周期性變化來輸送物料,工作空間由泵體、側(cè)蓋、和齒輪的各齒間槽構(gòu)成。相互嚙合的齒輪把泵分為吸入腔和排出腔,隨著齒輪轉(zhuǎn)動吸入腔內(nèi)齒輪打開,吸入腔容積逐漸增大,形成部分真空將熔體吸入,將齒間槽充滿,并隨著齒輪轉(zhuǎn)動,熔體沿泵體內(nèi)表面被帶入排出腔。在排出腔內(nèi),由于輪齒逐漸進入嚙合,排出腔的容積不斷減少,熔體就被排出了。其中絕大部分被擠入泵的出口,只有少部分返回到吸入腔,隨著齒輪的轉(zhuǎn)動熔體不斷的被吸入和排出,從而達到輸送聚合熔體的目的。

2.2 技術(shù)參數(shù)及特點 型號:SHJV-6300LF-830入口壓力:0.08～0.15kgf/cm2;出口壓力:17MPa;泵最高轉(zhuǎn)速:37.6rpm;操作溫度 292℃,設(shè)計流量 12.6t/h;電機功率:170K W;電機轉(zhuǎn)速:145～1450rpm;熔體輸送泵具有以下特點:第一輸送介質(zhì)粘度高。在正常操作溫度 292℃時,其動力粘度可達到 256Pa·s。第二出口壓力高。正常生產(chǎn)時壓力一般在 16～17Mpa。

3 理論分析及處理措施

3.1 聯(lián)軸節(jié)脫扣分析

3.1.1 聯(lián)軸節(jié)工作原理 熔體泵聯(lián)軸節(jié)是一種扭矩限制器,又稱安全離合器,型號為 Autogard406,是一種鋼球式安全離合器。它的主要作用是保護電機、齒輪減速器等設(shè)備不因過載而造成損壞?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)螺母改變彈簧的壓縮量來調(diào)整扭矩,當彈簧的壓縮量太小時,則聯(lián)軸節(jié)傳遞扭矩太小,泵不能正常工作,當彈簧的壓縮量太大時,泵側(cè)扭矩過大時,傳動滾珠不能完全從槽里脫出,聯(lián)軸節(jié)起不到保護作用。

3.1.2 聯(lián)軸節(jié)工況分析 當負荷為設(shè)計負荷 110%時,熔體泵流量為最大流量 11.65m3/h(13.7t/h),輸出功率 N=137Kw,熔體泵轉(zhuǎn)速 n=36.3rpm。其設(shè)計流量為 10.7m3/h(12.6t/h)時,輸出功率為 130K W。在 110%負荷下熔體泵的工作扭矩計算:

而聯(lián)軸節(jié)約的設(shè)定值為 1400N·M,故M ＜1400N·M。由上分析可知,熔體泵聯(lián)軸節(jié)的設(shè)計是合適的。

3.1.3 處理措施 ①控制生產(chǎn)負荷,到目前為止,所有的熔體泵聯(lián)軸節(jié)脫扣現(xiàn)象發(fā)生時,熔體泵的負荷均在設(shè)計負荷的110%以上。此時熔體泵轉(zhuǎn)速超過了 36rpm,而其設(shè)計轉(zhuǎn)速僅為 37.6rpm。熔體泵以及聯(lián)軸節(jié)長期工作在臨界狀態(tài)下,特別是在高負荷運行情況下,負荷波動時,會導致輸出功率大幅增加,熔體泵扭矩瞬時增大聯(lián)軸節(jié)極易脫扣。②程序預警:增上熔體泵聯(lián)軸節(jié)預警,確保聯(lián)軸節(jié)穩(wěn)定。當聯(lián)軸節(jié)脫扣時,其中一個參數(shù)最為敏感,那就是熔體泵扭矩,當熔體泵聯(lián)軸節(jié)到快脫落的邊緣時,熔體泵扭矩表現(xiàn)為高扭矩,并且扭矩波動較大。即當熔體泵聯(lián)軸節(jié)扭矩超過設(shè)定值時熔體泵出口壓力控制自動脫串,其輸出自動降三個單位。經(jīng)過預警的實施,可防止扭矩出現(xiàn)高或波動較大時,使熔體泵穩(wěn)定,從而達到防止聯(lián)軸節(jié)脫扣的目的,經(jīng)過實施后,聯(lián)軸節(jié)的狀況有了良好的改善。

3.2 熔體泵轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu)

3.2.1 熔體泵轉(zhuǎn)子簡圖

3.2.2 理論分析 熔體泵的齒輪與軸共為一體,采用通體淬硬工藝,可獲得更長的工作壽命。從上圖可以看出,該轉(zhuǎn)子的直徑在軸的根部處發(fā)生突變,當轉(zhuǎn)子受力后泵軸內(nèi)形成應力在此積聚。一方面這個地方是轉(zhuǎn)子直徑最細,制造過程中最難處理的地方,另一方面這個地方也是該泵應力最集中的地方,換句話說也是轉(zhuǎn)子最“脆弱”的地方。由于齒輪泵輸送過程是連續(xù)脈動的,因此轉(zhuǎn)子受力也是連續(xù)脈動的,特別是在長期高負荷情況下轉(zhuǎn)子受到成千上萬次的脈動力的沖擊,最終出現(xiàn)疲勞斷裂。這種制約只有在改變轉(zhuǎn)子的材料或者改變轉(zhuǎn)子的制造工藝后才能得到根本解決。

3.3 熔體泵軸封的影響

3.3.1 軸封簡介 熔體泵密封采用反螺旋密封 +填料密封的組合結(jié)構(gòu)。利用熔體自潤滑,熔體泵的出口經(jīng)專門通道到軸封處,一部分熔體從泵的出口經(jīng)潤滑槽進入滑動軸承進行潤滑,并返回泵的入口:另一部分熔體經(jīng)反螺旋密封 (迷宮密封)、填料密封經(jīng)壓縮風冷卻,沿軸封排出。在對軸和軸承進行潤滑的同時,保證軸封部具有一定的壓力,防止空氣進入真空反應系統(tǒng)。

3.3.2 理論分析 熔體泵設(shè)計流量 10.7m3/h,在 90%-100%正常負荷下,泵轉(zhuǎn)速為 28～30rpm,軸封壓力為 30Kg/cm2,潤滑膜厚度很薄,在 20rpm時為0.149mm,在 30rpm時為0.171mm,熔體的泄漏量很少;但在超負荷運行 (13.5～14t/h)的情況下,泵轉(zhuǎn)速為 36.5rpm,泵軸封壓力為 46Kg/cm2,熔體泵軸封泄漏量增加,軸封處熔體形成的潤滑膜厚度遠遠大于0.171mm,甚至能達到 1mm。軸封處熔體形成的潤滑膜變厚,使泵各部間隙變小,加劇泵體其它部位磨損,同時返回泵入口的熔體量增加,使泵效率下降。另外,軸封處熔體形成的潤滑膜變厚,導致了密封腔里冷卻熔體的存在,使軸的同軸度變差;中心距變化,換向空程大,產(chǎn)生沖擊,這也影響到熔體泵的平穩(wěn)運行。

3.3.3 處理辦法 生產(chǎn)中,由于軸封泄漏量是由冷卻水手閥控制的,有可能因冷卻水溫度、壓力及流量的變化造成軸封處熔體被完全冷卻凝固,造成泵轉(zhuǎn)動扭矩大幅增大。

3.5 異物卡阻熔體泵

3.5.1 熔體泵扭矩計算和分析 根據(jù)熔體泵扭矩計算公式:

其中:M為工作扭矩NM;ΔP為泵出入口壓差MPa;ηm為熔體泵的機械效率 %;q為泵的排量ml/rev

此泵在給定工作條件 (吸入壓力 P1=0.008-0.015MPa,排出壓力 P2=25.103MPa)下,泵的最大扭矩。在正常情況下,熔體泵的出口壓力為 170kgf/cm2,由上式可知熔體泵正常運行的扭矩 M運行＜M。根據(jù)上式可知,熔體泵扭矩和泵的進出口壓差成正比關(guān)系。只有當熔體泵出口壓力發(fā)生變化,或機械效率變化,摩擦加巨,泵的扭矩才會發(fā)生變化,特別是有些質(zhì)地較硬的異物落入口后會卡阻齒輪,造成熔體泵扭矩突然增大,導致熔體泵聯(lián)軸節(jié)脫落或者熔體泵停運。終聚釜攪拌器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)全為焊接件無緊固件,金屬進入泵中的幾率為零,最有可能異物進入是隨四種添加劑進入。為此我們對添加劑注入系統(tǒng)進行了改造,在添加劑注入流程中安裝過濾器,消除異物進入。

3.6 工藝流程的限制

3.6.1 理論分析 由熔體泵扭矩公式可知,熔體泵的效率降低也會造成熔體泵扭矩的增大。熔體泵的效率一般在93%～98%之間,而且當物料的粘度或密度在工藝中有變化時,這種泵不會受到太多影響。如果有一個阻尼器,比如在排出口側(cè)放一個有阻尼的部件 (熔體冷卻器)或者過濾器,泵就會推動流體通過它們。如果這個阻尼器在工作中變化,亦即如果過濾器變臟、堵塞了,會造成熔體泵的背壓升高,泵仍要保持恒定的流量,那么扭矩增大后,會直至達到裝置中最弱的部件的機械極限 (扭矩限制器)。到目前為止,所有的熔體泵聯(lián)軸節(jié)脫扣現(xiàn)象發(fā)生時,熔體泵的負荷均在設(shè)計負荷的110%以上。同時,與杜邦工藝其它聚酯裝置相比較,設(shè)計中只有我廠是將熔體冷卻器布置在熔體泵后,其它廠家的熔體冷卻器均設(shè)置在紡絲增壓泵后。因此造成熔體泵出口壓力上升約 4MPa,增大了熔體泵的負荷及扭矩。熔體過濾器使用一段時間后會變臟,熔體管線壓力經(jīng)過過濾器后會有明顯下降,為保證交接點處壓力,熔體泵出口壓力只有不斷的提高,同時也造成了熔體泵扭矩增大。

3.6.2 處理辦法 改變工藝流程,將熔體冷卻器設(shè)置在紡絲增壓泵后,減小熔體泵出口阻尼,降低熔體泵出口壓力。提高熔體過濾器切換標準,減少熔體輸送過程中壓力損失,可將熔體泵的出口壓力維持在 16.8MPa以下,且仍能滿足交接點出壓力需要。改變控制方式,將熔體泵出口壓力的控制由原來的串級控制改為自動控制,并將熔體泵出口壓力穩(wěn)定在 14.0MPa到 16.8MPa左右,這樣不但降低了熔體泵出口壓力還消除交接點壓力波動對熔體泵的影響。

3.7 加強培訓,精心操作,消除人為因素 要求:粘度控制在M ±2以內(nèi),國家標準是粘度控制指標為M ±8,從而避免熔體粘度波動對熔體泵出口壓力的影響。生產(chǎn)負荷出現(xiàn)波動后應及時干預和調(diào)節(jié),對于下游裝置要及時聯(lián)系溝通確保負荷平穩(wěn)。確保熔體管線壓力使補償溫度波動在 ±0.3℃范圍之內(nèi)。

4 總結(jié)

綜上所述,影響熔體泵平穩(wěn)運行的因素主要有三個:設(shè)備因素、物料因素、人為因素。本文對以上三個影響因素做了詳細的理論分析并提出了解決辦法。此外在生產(chǎn)過程中加強和下游裝置的聯(lián)系配合可以消除下游裝置波動對熔體泵的影響。通過對影響熔體泵平穩(wěn)運行因素的認真分析,我們采取了相應的防范措施,大大地優(yōu)化了熔體泵的運行工況,使該問題得到了有效的解決。

TQ08

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1003-3467(2010)04-0061-02