聚酰胺弹性体熔体输送泵的改进

杨留杰，刘冬然，马 伊，闫胜利，刘 喆

(沧州旭阳化工有限公司,河北 沧州 061113)

沧州旭阳化工有限公司热塑性聚酰胺弹性体装置，是国内第一家工业化热塑性聚酰胺弹性体生产装置，具有国内领先水平。生产的PA6 型永久抗静电剂填补了国内空白，具有较高的经济效益，旭阳生产PA6 型永久抗静电剂可为高绝缘的聚合物提高抗静电性能，改性后的抗静电剂均匀分散在聚合物中，以层状结构或丝状形态均匀分布，使树脂表面形成导电“传导网络”，降低表面电阻系数。聚酰胺弹性体熔体运动粘度大，特别是具有粘性，易附着在器壁上，其熔体输送由熔体齿轮泵进行，生产过程中出现了电流周期性升高，最终齿轮泵跳停问题，更换为双转子泵进行熔体输送，双转子泵运行平稳，生产过程稳定。

1 熔体齿轮泵存在的问题

熔体齿轮泵在长时间运行后，齿轮泵电流增加，变速箱异响，特别是在生产负荷提升后，电流波动明显增加，并且频繁跳停，人工盘车后，方能启动。拆检后发现熔体齿轮泵齿轮碎裂(如图1所示)。齿轮碎裂主要是阻力负荷超过其断裂强度所致。更换齿轮泵后仍存在电流波动情况，电流仍然呈现周期性增大现象。

1)随着熔体齿轮泵运行时间的增加，泵的运行电流逐渐增大。在达到一定的值后，迅速下降，有几个小时的平稳期，然后运行电流再次缓慢上升，呈周期性的变化，并且每次运行电流攀升的值都会增大，直至超电流跳停。如图2和图3所示。

图1 齿轮泵齿轮碎裂实物图

图2 熔体输送齿轮泵电流曲线图

图3 熔体输送齿轮泵超流跳停

2)在运行电流攀升过程中，电机会发生异响，声音很大，判断为电机跑套。泵的负荷阻力很大，泵跳停后，盘不动车。

2 熔体齿轮泵电流攀升的原因分析

1)泵体保温

泵体保温温度达不到，或者泵体温度不均，局部熔体凝滞，增大了熔体泵的负荷。泵轴冷却风开的过大，可能导致泵体温度下降，熔体物料凝滞而使泵运行电流增加，冷却风调小后，泵的运行状况有改善，但不明显，仍有周期性的电流增长。为了提升温度，进行了如下调整：由于泵体保温为导热油加热，其加热的导热油与管道加热的导热油为一个系统，是本加热系统8个支路中的一路(如图2)，通过关小其余支路的阀门，增大熔体输送泵的导热油流量，提高加热效果；泵体由三路导热油加热，三路导热油由并联改为串联，增大导热油流量。改进后，泵的运行状况有改善，但未彻底改变。

图4 熔体泵流程图

2)泵吸入不足

由于工艺的原因，熔体里面夹杂有气泡，由于聚合釜出料口径小，内径为DN25的管道，熔体齿轮泵运行时可能存在吸入不足的问题，随着气泡进入熔体齿轮泵，在熔体齿轮泵入口低压区形成微小气泡，随着泵的旋转带入高压区，气泡破裂，对泵产生破坏作用，从泵内部金属表面上剥蚀一些细小颗粒，阻止泵的运转。

3)熔体影响

热塑性聚酰胺弹性体熔体内存在细小凝胶粒。为了确定是否存在凝胶粒子，使用甲酸和六釜异丙醇溶解熔体过滤出的物质，均有部分不能溶解的物质(见图5)。同时熔体过滤出的物质进行DSC分析，DSC显示无熔融峰(见图6)，判定不溶不熔物质为凝胶粒子。

因为泵体间隙小，凝胶粒子会导致熔体齿轮泵卡阻，使熔体齿轮泵负荷增加，最终导致跳停；同时泵的运行受熔体运动粘度的影响较大。

4)由于泵体无支撑，由进出料管固定，泵体运行时，有数毫米间的摆动，可能是泵体阻力增大的间接因素。

图5 甲酸溶解熔体24小时后的溶胀物

图6 甲酸不溶物质DSC曲线图

3 双转子泵

将熔体齿轮泵更换为双转子泵，并对双转子泵进行了改造，最终双转子泵运行平稳。

1)改造前双转子泵存在的问题

双转子泵外侧压盖无保温，可能造成温度低，在泵停转时，熔体凝滞风险增大；由于结构设计不合理，转子与轴用螺栓连接，螺栓外凸，压盖有一个凹陷(见图7和图8)，存在死区，物料易积存。积存后，物料会结胶，甚至碳化而影响聚合物质量；泵的安装形式为竖直安装，上进下出，泵体与转子间隙35丝，聚合釜和升温后热胀，拉动泵体，同时转子泵升温后热胀，致使转子与泵体上下间隙变化(见表1)，使转子泵阻力增大，同时泵体与电机连接为花键连接，致使连接轴有较大应力。

图7 双转子泵转子固定螺栓

图8 转子固定螺栓及外侧压盖凹槽

表1 转子泵转子与泵体间隙

2)双转子泵的改造

一是双转子泵外侧压盖增加电加热壳，恒定温度保温，消除熔体凝滞风险；二是对转子进行改进，转子与轴一体，不需螺栓连接，外侧压盖不需凹槽设计，消除了死区；三是调整转子与泵体间隙，出口间隙略大于进口间隙，利于转子泵输送，同时将泵与电机连接形式改为双万向节形式，消减了因热胀而形成的应力。

3)改造后双转子泵运行情况

双转子泵输出压力如图9所示。由图9可知，转子泵输出频率恒定，在泵后阀门开度为3%时，转子泵输出压力 0.25 MPa，泵后阀门开度1%时，转子泵输出压力只有 0.6 MPa，输出压力低；泵后阀门开度3%时，输入釜液位上升，泵后阀门开度1%时，输入釜液位下降，说明泵后阀门开度对转子泵流量影响较大，不能用作精确计量；无论转子泵后阀门开度大小，双转子泵电流无明显变化，电流无攀升现象，无杂音，震动在标准范围内。

双转子泵压力与泵的制造精度、介质粘度、泵体间隙等因素有关。

1：泵后调节阀开度；2：输入聚合釜液位指示 3：泵后压力指示；4：转子泵电流指示图9 双转子泵输出压力与泵后阀门开度趋势图

4 结语

1)熔体齿轮泵本身由系统导热油加热，无温度检测，由于聚合工艺流程、熔体本身性质、热油系统设计及热油循环泵选型、熔体齿轮泵选型的局限，熔体齿轮泵在输送过程中出现了电流波动较大甚至跳停的问题。

2)双转子泵输送压力较低，难以输送高压物料，限制了其应用。

3)双转子泵流量受泵后阻力影响较大，不能用作精确计量泵。

4)在输送压力要求不高，并且无需计量的情况下，双转子泵可满足熔体输送需求。