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关于旋转加料器在复杂工况下长周期运行的探索

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  摘 要 旋转加料器是一种利用容积对粉、粒料进行定量,利用重力输送物料的装置。以其体积小、结构简单,定量供料及锁气等优势,广泛应用于聚丙烯、聚乙烯等化工领域。但在化工生产中,受工艺条件不稳定,生产环境复杂,物料形态差异等诸多因素的影响,旋转加料器在生产过程中很难实现长周期运行。在经过了6年化工生产的积累与思考后,现就旋转加料器在复杂工况下运行出现的问题进行探索,也将一些成功经验总结如下。
  关键词 旋转加料器;卡停;块料;改进措施;长周期运行
  前言
  近期,宁夏煤业集团烯烃二分公司聚丙烯装置6台旋转加料器XR-34301A、XR-33301A、XR-34511、XR-33511、XR-34312、XR-33312连续出现卡停及下料不畅的情况,影响装置的长周期运行。为分析原因,制订解决措施,保证装置长周期运行,现结合现场情况进行分析,同时制定相应的改进措施,并应用于装置。
  1 结构及技术参数
  (1)结构形式。以XR-34511为例,它是由电机、减速箱及旋转加料器本体这大三部分组成。其驱动形式为电机驱动,减速箱与旋转加料器本体是由链条传动,在旋转加料器本体两侧有多层填料的气体密封装置,而进出口法兰连接形式为ASME B16.5-4-150RF。
  (2)技术参数。此旋转加料器型号为ZRD 630.1-140-AC,正常输送能力45000kg/h,最大输送能力54000kg/h;电机额定功率7.5kw,输出转速1460rpm,最大输出扭矩49Nm;工作温度不大于60℃,工作压力0.1Mpa左右;转子材质0Gr18Ni9,殼体材质CF8;最大转子转速为10rpm,附属仪表转速探头。上流程为粉料仓,下流程主要为以氮气为载体的稀相输送系统[1]。
  2 原因分析
  (1)工艺参数大幅波动。因旋转加料器在反应器系统后,反应器工艺参数波动较大,产生块料,必定会对旋转加料器的稳定运行造成影响。近期聚合装置同时在进行两项新的工艺尝试:即,试用新国产催化剂和开发新产品牌号,新国产催化剂反应稳定性较差,活性不易控制;而新产品牌号的熔融指数也有所变化,造成了工艺参数的大幅波动,产生块料。
  (2)操作水平有待提高。在工艺参数大幅波动的情况下,中控人员未能及时做出有效的调整,加之对国产催化剂特性了解不够充分,使块料问题没有得到解决,影响了旋转加料器的正常运行。
  (3)设计选型余量不大。在设计选型初期,设计人员充分对标国内同类型企业,在核算技术参数后进行了选型。但考虑投资成本等多方因素,使选型余量不够大,例如此旋转加料器,设计要求输出扭矩为46Nm,而电机选型的最大输出扭矩可由以下公式算出:T=9550×P/n=9550×7.5/1460=49Nm
  (T:最大输出扭矩;P:额定功率;n:输出转速)仅比设计值高出了3Nm。这让旋转加料器在面对出现块料的情况下无法正常运行[2]。
  (4)仓内粉料冬季受潮。工艺要求,在该旋转加料器上方的粉料仓内通入蒸汽,以失活反应残留的三乙基铝。而在冬季,蒸汽冷凝成水使粉料受潮。粉料附着在仓内壁上,表现为旋转加料器运行正常,但粉料仓料位不降,原因为仓内壁粉料遮挡料位计,使料位计不准,操作人员会误以为是下料不畅。
  3 改进措施
  综上,工艺及人员方面的因素不在本论文的考虑范畴,将不做论述。下面是对旋转加料器设备因素提出的改进措施:
  (1)更换大功率变频器。此旋转加料器为大扭矩型(5.5D),需大功率变频器发挥其大扭矩功能。在设计阶段已考虑此功能,故已选用大功率变频器(如电机为7.5kW,则选用11kW的变频器),如未考虑,建议选用大功率变频器。
  (2)增大过载电流设定值。若发挥其大扭矩功能,还需将电机变频器的过载电流设定值增大到原值的1.5~2倍,过载电流保护时间设定为30s。但电机在高负荷下长时间运行存在烧坏变频器的潜在风险。为保险起见,已将设定值改为原值的1.5倍,过载电流保护时间为10s,目前运行良好[3]。
  (3)更换大功率电机。以上两种方法可减弱但不能彻底解决问题。因此做更换大功率电机的尝试,由原本的7.5kW电机更换为11kW(由上述公式可得输出扭矩:T=9550×P/n=9550×11/1460=72Nm)。这样一来,扭矩余量和操作弹性都增大了。安装后现运行良好,且再未出现卡停的情况。这样做也存在损坏减速箱及旋转加料器转子的风险,但在可接受范围内。目前已制定的相关措施加强监控。
  (4)入口处加装切刀。在旋转加料器的入口处与星型转子的接触面加装切刀。此技改的思路在于将卡停旋转加料器的块料切碎,或切成小块。绝大多数情况下块料较为松软,若切刀足够锋利必能切碎或切成小块,使其顺利的下料。目前国内很多装置都假装了切刀,效果明显。
  (5)增加电机反转功能。旋转加料器在正常转向时被块料卡停后,若立即反转,将块料移位,很大程度可使块料顺利通过。而在与厂家共同讨论后,得出结论:旋转加料器可进行反转但仅能维持较短的时间,一般要在10min以内恢复到原转向。其原因有两个:1、转子叶片上只有单面存在倒角,反转时叶片与旋转加料器内壁可能发生磨损;2、旋转加料器驱动端与非驱动端均装有吹扫气系统,而反转会使吹扫气不通畅,长时间可能会损坏吹扫气系统及轴承损坏。
  (6)加电伴热及保温层。针对因粉料受潮而下料不畅的情况,本装置制定了两个措施:1、在冬季适当调下蒸汽的量;2、在仓及旋转加料器上加电伴热及保温层,使仓内温度高于0度,蒸汽不被液化,从而从根本上解决了问题[4]。
  4 结束语
  目前,旋转加料器在聚丙烯、聚乙烯等诸多装置的有着非常广泛的应用,但问题频发,很难实现长周期运行。而本论文通过对现场问题的客观分析后制定出相应的改进措施,现均有应用且效果良好,实现了旋转加料器在复杂工况下的长周期运行。最后,希望本论文能给其他类似装置和个人带来帮助和启发。
  参考文献
  [1] 孔庆华.机械设计基础[M].上海:同济大学出版社,2004:7.
  [2] 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006:51.
  [3] 杨艳明,岳希明.加料器轴的新加工方法[M].郑州:郑州大学化工设计研究所,2007:10.
  [4] 朱孝录.机械传动设计手册[M].北京:电子工业出版社,2007:77.
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