旋转加料器常见故障分析与处理

2020-06-01华强

设备管理与维修 2020年9期

关键词：料器轴封粉料

华强

（中国石化镇海炼化公司，浙江宁波 315207）

0 引言

旋转加料器在聚烯烃行业中很重要，设备故障可能导致挤压造粒机组的停车、装置停工。通过梳理多年的检修案例，该类设备常见故障可分为下料能力不足和卡涩。下面主要介绍以上两类故障的现象和处理方法，并提出改进措施。

1 旋转加料器工作原理

旋转加料器主要用于粉料、粒料等固体物料的气力输送系统和计量，它既能连续供料、又能阻止输送、密封等气体向加料器上游工段的流动。

该设备由壳体、星形轮、减速机、驱动电机等组成。星形轮由轮毂和一定数量的叶片组成，相邻叶片及对应的部分壳体构成若干个独立的密闭空间，星形轮在传动装置带动下转动，实现物料的输送和计量。填充率、物料的堆密度、星形轮的转速等参数，决定了下料能力，控制下料器的转速，实际生产中主要通过转速控制物料的通过量。

2 旋转加料器常见故障分析与处理

2.1 旋转加料器下料能力不足

随着乙烯装置的扩能改造，下游聚烯烃装置也在同步提高负荷，部分加料器下料不足的问题日渐突出。下面以聚乙烯某旋转加料器为例，对如何提高旋转加料器下料能力进行探讨。该设备主要用途是将粉料送往混炼输送机，向挤压造粒机组供料。一旦设备停运，将造成挤压造粒机组停机。自2010年初装置开车至今，曾发生过数次积料，影响装置正常生产。

2.1.1 影响下料能力的因素分析

旋转加料器的下料能力主要由转子旋转一周的几何卸出能力、转子转速、物料的堆积密度，以及容积效率等因素决定，具体公式如下：

式中 G——输送能力，t/h

V1——转子旋转一周的几何卸出容积，m3

n——转速，r/min

η——容积效率

ρ——物料的堆积密度，t/m3

由式（1）可知，提高下料能力可以通过增加V1、n、η、ρ 来实现。该转子有10 个叶片，填充率在100%情况下，V1为0.23 m3；转速n 由变频电机控制，通过双排滚子链条驱动；容积效率η即填充率，取决于进出口差压、物料特性、转速等；转子叶片结垢或者间隙过大会造成填充率降低；物料的堆积密度ρ 取决于物料特性，与催化剂的种类有关系，对于线性低密度聚乙烯粉料堆积密度在0.31～0.36 t/m3。

该旋转加料器设计负荷为70 t/h，装置正常生产负荷58 t/h，对应的变频器PV 值在80%（40 Hz），对应转速为16 r/min；2011年5月至9月期间该加料器转速持续升高，8月11日S6213 变频器提升到100%（50 Hz），对应转速已经达到最大值19 r/min，但是仍然不能满足生产要求。初步判断粉料流动性变差，S-6213的填充率下降，受此影响装置负荷只有97.47%。

可知，填充率从95%下降至78%，判断转子内部已经结垢。安排停工消缺，拆检发现内部结垢严重。

2.1.2 提高下料能力的措施

2.1.2.1 提高转子的转速

旋转加料器的输送能力与转速成正比，叶片圆周速度必须在一定的范围内，当速度超过这个范围时，下料能力随着转速的增加而减少。根据厂家提供的资料，当转子直径在600～800 mm时，其转速范围在20～30 r/min 比较合适。而目前最大转速为19 r/min，转速还有提升的余地。具体有以下3 种方法：

（1）修改变频器设定值。调试时变频器设定为最大50 Hz，对应速度为19 r/min。可以通过修改变频器设定的最大频率来提高转速，比如将最大频率设为60 Hz，则在100%驱动命令下转速可达22.8 r/min，下料能力可以达到～300 m3/h (～90 t/h)。

（2）更换电机。电机转速与频率的公式

式中 n——电机的转速，r/min

f——电源频率，Hz

p——电机旋转磁场的极对数

在变频器设定值一定时，电机旋转磁场的极对数越多，旋转磁场的转速就越低。目前电机额定转速为1430 r/min，若更换为极数对P=1 时，电机额定转速可达2900 r/min，可以达到提高转速的效果。

（3）改变链传动的传动比。对于链轮系，链轮传动的传动比i=n1/n2=z1/z2。其中，n1和n2分别为主动轮转速、从动轮转速；z1和z2分别为主动轮齿数、从动轮齿数。

因为减速箱输出转速=电机输出转速÷速比，所以可以采用速比较低的减速箱，来达到提高转子运行速度的要求。

2.1.2.2 提高容积效率

容积效率n 即填充率，它取决于进出口差压、物料特性、转速等，转子叶片结垢，以及转子与壳体的间隙过大也会造成填充率降低，刚投用的新旋转加料器容积效率能达到95%以上。一旦发生粉料结垢，填充率会大大降低。S-6213 属于重力流下料，不会受进出口差压影响；但对于气力输送而言，就要考虑漏气量，也就是转子与壳体的径向间隙和轴向间隙。这一故障的主要处理措施有两种。

一是转子改型。该转子有10 个叶片，每个叶片外缘用螺栓固定再镶了一圈；这种结构的转子使得粉料很容易粘附。可以提高转子表面光洁度，选择圆底抛光固定叶片转子，甚至可以涂覆特氟隆，改善转子结垢情况。为了改善结垢状况，2011年9月停工消缺时在S-6213 壳体上钻了4 个吹扫孔，接氮气疏松残留在叶片上的粉料，防止其附着在转子上并越压越紧。从改造后使用情况来看，效果比较明显。

二是调整壳体间隙。对于气力输送情况，壳体与转子的间隙要求较高：间隙过大，则会产生较大的漏气量，从而影响物料的正常输送；但间隙过小，设备运行过程中受环境及物料温度影响。因此，必须考虑材料的热膨胀系数，即使选用同种材料，在物料与环境温差较大的情况下，壳体和转子的热膨胀量也会有差异。在实际使用过程中，尤其在冬季气温较低的情况下，壳体的膨胀量小于转子的膨胀量，就有可能造成卡死。可以采取壳体外部保温或伴热等形式，降低温差，确保径向间隙和轴向间隙在规定的范围内。

2.2 旋转加料器卡涩

2.2.1 旋转阀卡涩情况分析

2009年11月13日：RF805 电机过载，盘车重；拆电机风叶罩壳盘车，开机试运行，发现机壳内有明显噪声（类似金属敲击）。链轮及两侧轴承压盖拆除，发现非驱动端轴承内有大量粉料且已经融化，冷却后凝固导致轴承卡涩。

2010年12月31日：RF800A 旋转阀卡，拆检发现旋转阀叶轮与壳体间隙较小，部分料进入叶轮与壳体之间，经过挤压附着转子顶部，造成卡涩。

2011年2月28日：S-5631 旋转阀卡住跳车，分析认为，壳体温度较低膨胀量小于转子膨胀量是转子卡住的主要因素。

对上述故障现象进行梳理，发现旋转加料器类转动设备输送介质为粒状或粉状物料，一旦填料、轴承发生故障或壳体间隙调整不合理，转子和壳体很容易发生卡死现象。

2.2.2 旋转加料器卡涩处理方法

上述故障中，旋转加料器卡涩主要是由于物料通过填料，进入封闭轴承导致转子卡死。另外，物料积聚在壳体表面导致转子与壳体卡涩，以及壳体与转子的热膨胀量不一致，在温差较大的情况下发生卡死。

2.2.2.1 填料和轴承故障

这种结构的旋转阀轴承紧贴着填料，一旦填料磨损严重或吹扫气管口堵塞，粉料就会经过填料到达轴承，导致轴承卡涩。并且在重载荷作用下，粉料有可能发生熔融聚合，将轴承卡死。这一故障的主要处理措施有两种。

一是确保轴封吹扫气正常。轴封吹扫目的是防止物料外漏，同时也是轴承的第一道防线；按照不同形态输送介质，采用不同的吹扫气，粉料采用氮气吹扫，粒料采用空气吹扫。一般要求轴封吹扫气的压力比阀内压力高0.05 MPa，吹扫气管线尺寸必须大于或等于阀体接口尺寸。通过吹扫气入口流量计来确保流量正常，因为填料会磨损，一旦发现有物料从轴封漏出，需复紧填料压盖。

二是改变轴承位置。传统的旋转加料器轴承与轴封安装在同一腔体内，一旦轴封失效，粉料将进入轴封腔到达轴承室（图1）。如果将轴承室与轴封室隔开、中间与外界相通，这样即使物料通过轴封泄漏也不会对轴承造成损坏。

2.2.2.2 转子与壳体间隙不合理

转子与壳体间隙会影响旋转加料器的容积效率，但间隙过小将导致转子与壳体卡涩，甚至卡死。一般在输送粒料产品时，采用闭式转子，这样只要确保转子与壳体的端面间隙，就可以防止粒料进入端面间隙，而输送过程中产生的粉料即使进入端面间隙，也会被吹扫气吹出。

图1 轴承与填料两种结构对比

径向间隙调整的原则是尽可能保证转子与壳体的同轴度。转子定位分定位销和止口定位两种，一般先通过百分表或塞尺测出单侧最大间隙值，往间隙大的方向调整最大值的一半，然后再通过定位销固定，用类似方法在上、下、左、右各取3 个数据并调整，盘车后再复测各间隙，保证转子在壳体的中心。

端面间隙的调整，可以通过加减垫片来确保转子与壳体的两端间隙一致。

2.2.2.3 其他

在冬季环境温度较低时，壳体的热膨胀量小于转子热膨胀量，二者就有可能发生卡涩，增加对壳体的伴热。下面某案例进行分析。

式中ΔL——线膨胀量，mm

L0——原长，mm

α——线膨胀系数

ΔT——温度差，℃

304#不锈钢线膨胀系数为1.5×10-5，在最低设计工作温度-10 ℃情况下，物料温度约60 ℃，转子长700 mm，直径630 mm。由相关公式，可以得到转子径向和端面的膨胀量：径向膨胀量=1.5×10-5×630×70=0.661 mm；端面膨胀量=1.5×10-5×700×70=0.735 mm。

实测径向间隙的最小值为0.27 mm，端面间隙的最小值为0.24 mm，而壳体与环境温度接近，膨胀量可以忽略，明显径向和端面膨胀量大于实际间隙的两倍。通过对壳体增加蒸汽伴热，提高壳体的热膨胀量，消除此类故障。