影响聚酯熔体泵平稳运行原因分析及对策

高 刚,王 昊

(1.中国石化洛阳分公司聚酯车间;2.三隆安装检修有限公司)

影响聚酯熔体泵平稳运行原因分析及对策

高 刚1,王 昊2

(1.中国石化洛阳分公司聚酯车间;2.三隆安装检修有限公司)

本文从影响熔体泵平稳运行的设备因素、物料因素、人为因素入手,对影响熔体泵平稳运行的原因进行深入分析,采取稳定负荷、改善工艺、加强现场检查、提高操作人员技术水平等相应措施,使问题得到解决。

熔体泵;设备因素;物料因素;人为因素

1 前言

洛阳石化 20万吨 /年聚酯装置主要由 CP-1和 CP-2两条生产线组成,它采用杜邦专利技术,生产聚酯熔体。熔体泵是终缩聚反应釜的出料泵,是聚酯装置向下游短纤维和长丝装置输送熔体的动力设备,是聚酯装置关键设备之一。熔体泵的每次停运都会引起本装置产品质量的大幅波动,给企业造成巨大的经济损失。本文对影响熔体泵平稳运行的因素进行了全面分析,并提出了相应的解决措施。

2 熔体泵简介

2.1 工作原理 熔体泵为岛津公司生产的外啮合齿轮泵,主要由壳体、主动齿轮、从动齿轮、滑动轴承和密封等组成。它依靠齿轮在相互啮合过程中所引起的工作容积的周期性变化来输送物料,工作空间由泵体、侧盖、和齿轮的各齿间槽构成。相互啮合的齿轮把泵分为吸入腔和排出腔,随着齿轮转动吸入腔内齿轮打开,吸入腔容积逐渐增大,形成部分真空将熔体吸入,将齿间槽充满,并随着齿轮转动,熔体沿泵体内表面被带入排出腔。在排出腔内,由于轮齿逐渐进入啮合,排出腔的容积不断减少,熔体就被排出了。其中绝大部分被挤入泵的出口,只有少部分返回到吸入腔,随着齿轮的转动熔体不断的被吸入和排出,从而达到输送聚合熔体的目的。

2.2 技术参数及特点 型号:SHJV-6300LF-830入口压力:0.08～0.15kgf/cm2;出口压力:17MPa;泵最高转速:37.6rpm;操作温度 292℃,设计流量 12.6t/h;电机功率:170K W;电机转速:145～1450rpm;熔体输送泵具有以下特点:第一输送介质粘度高。在正常操作温度 292℃时,其动力粘度可达到 256Pa·s。第二出口压力高。正常生产时压力一般在 16～17Mpa。

3 理论分析及处理措施

3.1 联轴节脱扣分析

3.1.1 联轴节工作原理 熔体泵联轴节是一种扭矩限制器,又称安全离合器,型号为 Autogard406,是一种钢球式安全离合器。它的主要作用是保护电机、齿轮减速器等设备不因过载而造成损坏。可以通过调节螺母改变弹簧的压缩量来调整扭矩,当弹簧的压缩量太小时,则联轴节传递扭矩太小,泵不能正常工作,当弹簧的压缩量太大时,泵侧扭矩过大时,传动滚珠不能完全从槽里脱出,联轴节起不到保护作用。

3.1.2 联轴节工况分析 当负荷为设计负荷 110%时,熔体泵流量为最大流量 11.65m3/h(13.7t/h),输出功率 N=137Kw,熔体泵转速 n=36.3rpm。其设计流量为 10.7m3/h(12.6t/h)时,输出功率为 130K W。在 110%负荷下熔体泵的工作扭矩计算:

而联轴节约的设定值为 1400N·M,故M ＜1400N·M。由上分析可知,熔体泵联轴节的设计是合适的。

3.1.3 处理措施 ①控制生产负荷,到目前为止,所有的熔体泵联轴节脱扣现象发生时,熔体泵的负荷均在设计负荷的110%以上。此时熔体泵转速超过了 36rpm,而其设计转速仅为 37.6rpm。熔体泵以及联轴节长期工作在临界状态下,特别是在高负荷运行情况下,负荷波动时,会导致输出功率大幅增加,熔体泵扭矩瞬时增大联轴节极易脱扣。②程序预警:增上熔体泵联轴节预警,确保联轴节稳定。当联轴节脱扣时,其中一个参数最为敏感,那就是熔体泵扭矩,当熔体泵联轴节到快脱落的边缘时,熔体泵扭矩表现为高扭矩,并且扭矩波动较大。即当熔体泵联轴节扭矩超过设定值时熔体泵出口压力控制自动脱串,其输出自动降三个单位。经过预警的实施,可防止扭矩出现高或波动较大时,使熔体泵稳定,从而达到防止联轴节脱扣的目的,经过实施后,联轴节的状况有了良好的改善。

3.2 熔体泵转子的特殊结构

3.2.1 熔体泵转子简图

3.2.2 理论分析 熔体泵的齿轮与轴共为一体,采用通体淬硬工艺,可获得更长的工作寿命。从上图可以看出,该转子的直径在轴的根部处发生突变,当转子受力后泵轴内形成应力在此积聚。一方面这个地方是转子直径最细,制造过程中最难处理的地方,另一方面这个地方也是该泵应力最集中的地方,换句话说也是转子最“脆弱”的地方。由于齿轮泵输送过程是连续脉动的,因此转子受力也是连续脉动的,特别是在长期高负荷情况下转子受到成千上万次的脉动力的冲击,最终出现疲劳断裂。这种制约只有在改变转子的材料或者改变转子的制造工艺后才能得到根本解决。

3.3 熔体泵轴封的影响

3.3.1 轴封简介 熔体泵密封采用反螺旋密封 +填料密封的组合结构。利用熔体自润滑,熔体泵的出口经专门通道到轴封处,一部分熔体从泵的出口经润滑槽进入滑动轴承进行润滑,并返回泵的入口:另一部分熔体经反螺旋密封 (迷宫密封)、填料密封经压缩风冷却,沿轴封排出。在对轴和轴承进行润滑的同时,保证轴封部具有一定的压力,防止空气进入真空反应系统。

3.3.2 理论分析 熔体泵设计流量 10.7m3/h,在 90%-100%正常负荷下,泵转速为 28～30rpm,轴封压力为 30Kg/cm2,润滑膜厚度很薄,在 20rpm时为0.149mm,在 30rpm时为0.171mm,熔体的泄漏量很少;但在超负荷运行 (13.5～14t/h)的情况下,泵转速为 36.5rpm,泵轴封压力为 46Kg/cm2,熔体泵轴封泄漏量增加,轴封处熔体形成的润滑膜厚度远远大于0.171mm,甚至能达到 1mm。轴封处熔体形成的润滑膜变厚,使泵各部间隙变小,加剧泵体其它部位磨损,同时返回泵入口的熔体量增加,使泵效率下降。另外,轴封处熔体形成的润滑膜变厚,导致了密封腔里冷却熔体的存在,使轴的同轴度变差;中心距变化,换向空程大,产生冲击,这也影响到熔体泵的平稳运行。

3.3.3 处理办法 生产中,由于轴封泄漏量是由冷却水手阀控制的,有可能因冷却水温度、压力及流量的变化造成轴封处熔体被完全冷却凝固,造成泵转动扭矩大幅增大。

3.5 异物卡阻熔体泵

3.5.1 熔体泵扭矩计算和分析 根据熔体泵扭矩计算公式:

其中:M为工作扭矩NM;ΔP为泵出入口压差MPa;ηm为熔体泵的机械效率 %;q为泵的排量ml/rev

此泵在给定工作条件 (吸入压力 P1=0.008-0.015MPa,排出压力 P2=25.103MPa)下,泵的最大扭矩。在正常情况下,熔体泵的出口压力为 170kgf/cm2,由上式可知熔体泵正常运行的扭矩 M运行＜M。根据上式可知,熔体泵扭矩和泵的进出口压差成正比关系。只有当熔体泵出口压力发生变化,或机械效率变化,摩擦加巨,泵的扭矩才会发生变化,特别是有些质地较硬的异物落入口后会卡阻齿轮,造成熔体泵扭矩突然增大,导致熔体泵联轴节脱落或者熔体泵停运。终聚釜搅拌器的内部结构全为焊接件无紧固件,金属进入泵中的几率为零,最有可能异物进入是随四种添加剂进入。为此我们对添加剂注入系统进行了改造,在添加剂注入流程中安装过滤器,消除异物进入。

3.6 工艺流程的限制

3.6.1 理论分析 由熔体泵扭矩公式可知,熔体泵的效率降低也会造成熔体泵扭矩的增大。熔体泵的效率一般在93%～98%之间,而且当物料的粘度或密度在工艺中有变化时,这种泵不会受到太多影响。如果有一个阻尼器,比如在排出口侧放一个有阻尼的部件 (熔体冷却器)或者过滤器,泵就会推动流体通过它们。如果这个阻尼器在工作中变化,亦即如果过滤器变脏、堵塞了,会造成熔体泵的背压升高,泵仍要保持恒定的流量,那么扭矩增大后,会直至达到装置中最弱的部件的机械极限 (扭矩限制器)。到目前为止,所有的熔体泵联轴节脱扣现象发生时,熔体泵的负荷均在设计负荷的110%以上。同时,与杜邦工艺其它聚酯装置相比较,设计中只有我厂是将熔体冷却器布置在熔体泵后,其它厂家的熔体冷却器均设置在纺丝增压泵后。因此造成熔体泵出口压力上升约 4MPa,增大了熔体泵的负荷及扭矩。熔体过滤器使用一段时间后会变脏,熔体管线压力经过过滤器后会有明显下降,为保证交接点处压力,熔体泵出口压力只有不断的提高,同时也造成了熔体泵扭矩增大。

3.6.2 处理办法 改变工艺流程,将熔体冷却器设置在纺丝增压泵后,减小熔体泵出口阻尼,降低熔体泵出口压力。提高熔体过滤器切换标准,减少熔体输送过程中压力损失,可将熔体泵的出口压力维持在 16.8MPa以下,且仍能满足交接点出压力需要。改变控制方式,将熔体泵出口压力的控制由原来的串级控制改为自动控制,并将熔体泵出口压力稳定在 14.0MPa到 16.8MPa左右,这样不但降低了熔体泵出口压力还消除交接点压力波动对熔体泵的影响。

3.7 加强培训,精心操作,消除人为因素 要求:粘度控制在M ±2以内,国家标准是粘度控制指标为M ±8,从而避免熔体粘度波动对熔体泵出口压力的影响。生产负荷出现波动后应及时干预和调节,对于下游装置要及时联系沟通确保负荷平稳。确保熔体管线压力使补偿温度波动在 ±0.3℃范围之内。

4 总结

综上所述,影响熔体泵平稳运行的因素主要有三个:设备因素、物料因素、人为因素。本文对以上三个影响因素做了详细的理论分析并提出了解决办法。此外在生产过程中加强和下游装置的联系配合可以消除下游装置波动对熔体泵的影响。通过对影响熔体泵平稳运行因素的认真分析,我们采取了相应的防范措施,大大地优化了熔体泵的运行工况,使该问题得到了有效的解决。

TQ08

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1003-3467(2010)04-0061-02