荊盼龍，姜瑞霞，杜淼

(青島海灣化學(xué)有限公司，山東 青島 266409)

隨著PVC生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，青島海灣化學(xué)有限公司(以下簡(jiǎn)稱青島海灣)在PVC生產(chǎn)過程中單臺(tái)聚合釜的容積改為原來的3倍，氯乙烯單體在聚合釜中聚合生成PVC懸浮液，懸浮液經(jīng)汽提塔汽提后形成含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%的PVC漿料，PVC漿料在干燥前由離心機(jī)脫水形成含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的濾餅，因此，離心機(jī)為脫水處理的關(guān)鍵設(shè)備。青島海灣使用4臺(tái)德國(guó)產(chǎn)臥式螺旋沉降式離心機(jī)，單臺(tái)處理能力為12 t/h。該設(shè)備從2016年11月投產(chǎn)以來，經(jīng)常因?yàn)檎駝?dòng)而無法正常運(yùn)行，成為生產(chǎn)過程中的一個(gè)瓶頸。

青島海灣從工藝和操作方面對(duì)離心機(jī)振動(dòng)進(jìn)行了全面分析，并進(jìn)行了相應(yīng)改造，改造后離心機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定且高效，PVC產(chǎn)量得到很大的提升，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 離心機(jī)的工作原理和特性

1.1 工作原理

離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓中有與其旋轉(zhuǎn)方向相同的螺旋輸送器，螺旋輸送器依靠差速器旋轉(zhuǎn)速度稍低于轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速。PVC漿料通過中心供料管進(jìn)入離心機(jī)內(nèi)，在離心力的作用下，密度大的PVC物料沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上。沉積在轉(zhuǎn)筒壁上的PVC物料由螺旋輸送器傳送到轉(zhuǎn)鼓的錐體端，從排料口排入固體集料箱，然后進(jìn)入干燥系統(tǒng)進(jìn)行干燥;澄清液流向液相排出口，經(jīng)由可調(diào)節(jié)液池深度的可調(diào)節(jié)堰板排出離心機(jī)轉(zhuǎn)筒[1]。

離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1—供料管;2—轉(zhuǎn)鼓;3—母液;4—液相排出口;5—物料;6—螺旋輸送器;7—錐體端;8—固相排放口。

1.2 離心機(jī)特性

青島海灣使用的離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1，此外，離心機(jī)還設(shè)有軸承溫度、振動(dòng)速度、扭矩和功率等在線檢測(cè)功能，離心機(jī)在運(yùn)行過程中若有任何一個(gè)指標(biāo)超過規(guī)定值，都會(huì)保護(hù)性聯(lián)鎖停車。

表1 離心機(jī)參數(shù)Table 1 Parameters of centrifuge

2 離心機(jī)振動(dòng)原因分析及解決措施

2.1 生產(chǎn)過程中振動(dòng)問題

青島海灣離心機(jī)裝有振動(dòng)探測(cè)器，測(cè)量的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)紻CS進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)離心機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)，振動(dòng)值若超過25 mm/s會(huì)使離心機(jī)聯(lián)鎖停車。從2016年11月投產(chǎn)以來，離心機(jī)振動(dòng)異常情況如下。

(1)離心機(jī)開始進(jìn)料時(shí)，振動(dòng)值隨著進(jìn)料量的增大而增大，導(dǎo)致離心機(jī)負(fù)荷一直提不起來。

(2)離心機(jī)進(jìn)料穩(wěn)定后，隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，振動(dòng)會(huì)逐漸增加，為避免離心機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，只能關(guān)閉進(jìn)料，用沖洗水沖洗，等振動(dòng)降低后再開啟進(jìn)料，沖洗頻次基本是每6 h 1次，從關(guān)閉進(jìn)料沖洗到?jīng)_洗結(jié)束再進(jìn)料需要1 h。

(3)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，離心機(jī)振動(dòng)過大，報(bào)警次數(shù)增多，振動(dòng)頻率加大，最終運(yùn)轉(zhuǎn)情況惡化，離心機(jī)被迫停車。

以上問題導(dǎo)致青島海灣PVC產(chǎn)量一直很低，且頻繁地開停車使PVC質(zhì)量受到影響，因此須解決離心機(jī)存在的振動(dòng)問題。

2.2 離心機(jī)振動(dòng)原因分析[2]

導(dǎo)致離心機(jī)振動(dòng)的原因有很多，根據(jù)離心機(jī)振動(dòng)特點(diǎn)和每次振動(dòng)的相關(guān)因素，對(duì)離心機(jī)振動(dòng)的影響因素分析如下。

2.2.1 振動(dòng)特點(diǎn)

(1)振動(dòng)烈度。

離心機(jī)的振動(dòng)烈度是指離心機(jī)在運(yùn)行過程中，在機(jī)座的特定點(diǎn)、特定方向測(cè)得的寬頻(10～1 000 Hz)振動(dòng)速度信號(hào)的均方根值，單位為mm/s。振動(dòng)烈度與不平衡量有關(guān)，也與轉(zhuǎn)鼓大小、支撐條件、運(yùn)轉(zhuǎn)情況等有關(guān)[3]。

(2)機(jī)械振動(dòng)。

機(jī)械振動(dòng)是指描述機(jī)械系統(tǒng)或位置的量值相對(duì)于其平均值隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。其中，機(jī)械系統(tǒng)指由質(zhì)量m、剛度k和阻尼c各元素所組成的系統(tǒng)。按振動(dòng)產(chǎn)生的原因可分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、參數(shù)振動(dòng)和自激振動(dòng)4類。

離心機(jī)是一種回旋機(jī)械，在理想情況下，轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)與不旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的，這樣的轉(zhuǎn)鼓是平衡的回旋體。工程中的各種回旋體，比如離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器等零部件，由于材質(zhì)或毛坯在加工中產(chǎn)生的誤差，使回旋體在以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消。這樣，以交變的離心慣性力為激勵(lì)，通過軸承作用于機(jī)械及其基礎(chǔ)上，就產(chǎn)生了振動(dòng)。在查驗(yàn)了生產(chǎn)廠家設(shè)備出廠調(diào)試驗(yàn)收證明和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)軸承等主要零部件后，排除了離心機(jī)自身影響因素。按照振動(dòng)特點(diǎn)，青島海灣查找了與離心機(jī)振動(dòng)相關(guān)的其他影響因素。

2.2.2 相關(guān)因素[4]

(1)進(jìn)料不均。

青島海灣最初采用的離心機(jī)進(jìn)料方式見圖2。漿料槽出來的漿料經(jīng)1臺(tái)離心機(jī)進(jìn)料泵打回流，回流管路分出2支路自上而下向2臺(tái)離心機(jī)分別供料。離心機(jī)的進(jìn)料量由調(diào)節(jié)閥控制，通過回流控制閥調(diào)節(jié)進(jìn)料壓力在0.2 MPa。由于2個(gè)供料管路存在先后順序，所以同樣的閥門開度，供料管路靠前的離心機(jī)比靠后的離心機(jī)功率和扭矩都大。此外，自上而下的供料方式使供料管路軟連接的位置存在規(guī)律性的振動(dòng)，因此，采取這種進(jìn)料方式存在進(jìn)料不均的情況，造成離心機(jī)進(jìn)料波動(dòng)。

(2)沖洗方式不到位。

離心機(jī)前期運(yùn)行時(shí)，只有在開停車時(shí)用沖洗水分別對(duì)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器進(jìn)行沖洗，正常進(jìn)料沖洗水均處于關(guān)閉狀態(tài)。采取此種沖洗方式，在設(shè)備每次解體檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)總有一些PVC物料黏結(jié)在螺旋進(jìn)料室內(nèi)部，由于PVC物料黏度過大，不能及時(shí)排出，造成物料在螺旋進(jìn)料室內(nèi)堆積，形成局部偏載，螺旋失去動(dòng)平衡，導(dǎo)致離心機(jī)振動(dòng)[5]。

2.3 改進(jìn)措施

根據(jù)離心機(jī)振動(dòng)特點(diǎn)和相關(guān)因素，青島海灣從工藝和操作上對(duì)離心機(jī)采取了以下改進(jìn)措施。

2.3.1 改變進(jìn)料方式

漿料槽出來的漿料經(jīng)離心機(jī)進(jìn)料泵打回流，回流管路分出1個(gè)T形分支自下而上分別向2臺(tái)離心機(jī)供料。離心機(jī)的進(jìn)料量仍由調(diào)節(jié)閥控制，且進(jìn)料壓力控制在0.2 MPa。由于供料管路不存在先后順序，2臺(tái)離心機(jī)的供料不存在偏流。此外，自下而上的供料方式使供料管路軟連接的位置也不存在規(guī)律性的振動(dòng)，2因此，采取這種進(jìn)料方式很好地解決了離心機(jī)進(jìn)料不均的問題，避免了離心機(jī)進(jìn)料波動(dòng)，改進(jìn)后的進(jìn)料方式見圖3。

1—漿料槽;2—離心機(jī)進(jìn)料泵 ;3—回流控制閥;4—進(jìn)料控制閥;5—軟連接;6—離心機(jī)。

2.3.2 改變沖洗方式

在設(shè)計(jì)離心機(jī)時(shí)，為了防止螺旋進(jìn)料室清洗不干凈，在進(jìn)料管外層增加了一層沖洗用的夾層套管，在沖洗時(shí)使進(jìn)料室內(nèi)的PVC物料及時(shí)排出，防止物料因長(zhǎng)時(shí)間堆積變形結(jié)塊而清洗不下來。清洗時(shí)，通過夾層套管和進(jìn)料管使清洗液沖洗到進(jìn)料室的各個(gè)方位，有效防止了清洗死角的產(chǎn)生。因此，青島海灣在離心機(jī)開停車時(shí)，會(huì)開啟轉(zhuǎn)鼓和螺旋沖洗水進(jìn)行沖洗，沖洗結(jié)束后只將轉(zhuǎn)鼓沖洗水關(guān)閉，螺旋沖洗水在進(jìn)料過程中會(huì)一直保持開啟，這樣就有效地避免了螺旋管道內(nèi)PVC物料的堆積。

2.4 效果對(duì)比

4臺(tái)離心機(jī)于2016年11月投入使用后，振動(dòng)值一直處于11 mm/s以上，在運(yùn)行一段時(shí)間后振動(dòng)值經(jīng)常超出限定值，造成停車。青島海灣先后多次對(duì)振動(dòng)問題進(jìn)行處理，并采取過多種措施，但是問題仍未解決。直到2017年2月，青島海灣從問題的根源進(jìn)行分析，制定了以上解決方案，并安排專人跟蹤處理結(jié)果。

表2是離心機(jī)FL4503A在問題解決前后進(jìn)料時(shí)間、振動(dòng)增幅、沖洗頻次等參數(shù)對(duì)比，可以看出，改造后的離心機(jī)在各方面都有了明顯的改進(jìn)。

表2 離心機(jī)改造前后參數(shù)對(duì)比Table 2 Comparison of parameters of original and improved centrifuge

3 結(jié)語(yǔ)

干燥工序是PVC樹脂生產(chǎn)的重要工序，而振動(dòng)異常是離心機(jī)的常見故障，因此直接影響工藝平衡控制和產(chǎn)品產(chǎn)量。青島海灣經(jīng)過此次改造，離心機(jī)的運(yùn)行狀況大為改觀，并取得了明顯的效果。此外，青島海灣還加強(qiáng)工藝控制、生產(chǎn)操作和設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，不僅延長(zhǎng)了設(shè)備的檢修周期，而且可以保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。