解决造粒机的工作异常

作者:金勇,作者任职于沧州渤海石化工程有限公司。 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:140 发布时间:2016-09-05
通过大检修期间改造螺杆元件的方法解决挤压造粒机的异常——青岛炼化公司20万t/a聚丙烯挤压造粒机在生产运行中突发异常声响,严重影响了聚丙烯产品的生产计划。通过对挤压造粒机螺杆、减速箱、转动部件的解体检查,找出产生异常振动的原因,并通过大检修期间改造螺杆元件的方法解决该问题,改造后运行状态平稳。
解决造粒机的工作异常

主减速器解体照片

青岛炼化公司20万吨/年聚丙烯装置挤压造粒机组(位号EX801),是主电机通过主减速器带动近10 m长的两根螺杆同向旋转将聚丙烯粉料熔融、塑化、挤出、造粒过程,其运行转速为高速222 r/min和低速184 r/min两档,机组主要由主电机、主减速器、筒体、双螺杆、换网器、模板、切粒机、辅助系统等零部件组成。该设备为德国科贝隆C&WP公司大型进口设备,机组结构为同向双螺杆挤出机,无配置熔体齿轮泵,规格型号为ZSK320,是德国C&WP公司的常规产品,在世界范围内同规格产品较多,机组可满足20万吨/年PP的生产。

该机组为2008年投产运行,至今已在役运行近7年;生产的物料品种也比较单一,主要为T30S(MFI=3.0),产量一般控制在23~25 t/h,年产量基本在15万t左右。

机组从安装运行至今,基本均在减速器高速档工作;从未进行过大规模的检维修工作:未打开过主减速箱、未抽出过螺杆、未对节流阀、开车阀、换网装置、切粒装置等解体检查,

运行七年来仅对出料模板及切刀进行过更换。

2014年12月20日挤压段第8、9、10节机筒连接处(型号为ZSK 320)运行声音异常,伴随低频撞击声。

情况分析

挤压造粒机组是集机、电、仪高度一体化,自动化控制水平较高的全套工艺装置。因此,在实际运行过程中,故障原因排查较为困难,针对此次混炼系统的振动及异响,我们从传动机构、做功部件等部位进行了逐一分析。

传动部分

传动部分产生异响的部位主要涉及主减速器齿轮、轴承及摩擦离合器。上述部件出现故障容易造成声音异常,常见故障如下:1.齿轮:出现磨损、断齿、点蚀、间隙超差等;2.轴承:滚动体缺陷、保持架损坏、配合松动等;3.摩擦离合器:间隙大、磨损等;此外,主减速器内进入异物等均有可能造成振动,若要彻底检查上述部位必须进行减速箱解体。

该减速器是德国FLENDER公司生产,低速重载,单输入、双输出,内部结构复杂。由于气动摩擦离合器有相关差速报警、风压低报警等保护手段,同时经检测离合器转频与振动频率不同,基本排除离合器故障,我们将主要检查工作集中在齿轮及轴承上。

对主减速器进行了解体检查,如图1所示。图1为主减速器现场解体照片,经检查发现第2号轴的轴承与外圈支座有轻微的磨损,其他轴承处磨损正常,未见特别异常。

做功部件

做功部件主要为螺杆,螺杆和机筒之间间隙较小,正常为2.0 mm左右。同时此台设备的螺杆长度将近10 m,且为悬臂单支撑,为悬臂梁结构,在设备运行过程中,若运行状态不稳定,机组产量低,螺杆转速高,造成螺杆机筒内物料充满度不够,在螺杆自重及转动效果影响下,极易造成螺杆与机筒之间干涉,产生异常磨损。

螺杆解体后发现螺杆计量输送段螺杆元件和机筒内壁磨损严重, 计量输送段螺杆元件磨损非常严重,间隙值最大达30 mm,自反螺纹螺杆元件以后,间隙值在6 mm以上,并逐渐放大,可以看出螺杆元件磨损异常严重。具体检修数据如表1所示。

筒内壁均有不同程度磨损,其中第10节出料端机筒内壁磨损严重,如表2数据所示,内表面磨出波浪形长度约900 mm长,形成9道深沟,波浪形磨痕最深处6.0 mm ,已经完全超出了机筒内表面硬化处理层厚度。

振动原因分析

此型号挤压机ZSK320型为德国Coperion常见机型,此型号造粒机组在国内盘锦、大连另外两家使用情况的调研如下:盘锦炼厂机组在运行期间曾出现冲击声、高振动,滤网含铁屑,故障与我公司相同。大连石化炼厂也在机组运行不久后于滤网处发现金属屑,同时从解体情况看磨损发生在计量输送段(即螺杆末端),平均磨损量38 mm。综上所述我们分析造成此类磨损的综合原因如下:

1. 由于螺杆单端支撑,且长度比较大,在运行过程中,螺杆出口端物料充满度不好,造成螺杆与机筒的“扫膛”现象;

2. 机筒加热不均造成膨胀不均,螺杆和机筒间隙较小,造成螺杆在非支撑的输出端(膨胀端)碰撞磨损;

3. 喂料负荷过大或物料熔融指数过低等,导致机头熔体压力过高,造成螺杆端部受力过大,斜摆或弯曲磨损;

4. 机组运行参数设置不合理,在低负荷生产条件下,设备高速档运行加速了螺杆磨损;

机组厂家所设计的螺杆只是针对普通牌号而生产的,在聚丙烯厂生产特殊牌号如PA14D时,由于物料粘度大,对螺杆磨损严重。

改造措施

为保证检修一次成功,青岛炼化公司与沧州渤海石化工程有限公司青岛分公司(以下简称沧州渤海)的相关技术人员进行详尽检修方案讨论。检修过程中对机组进行解体,主要包括抽出螺杆、分解螺杆元件、测量芯轴直线度、检查机筒及螺杆元件磨损情况。过程中发现螺杆元件磨损相当严重,由于当时没有螺杆元件、机筒等备件,青岛炼化公司进行国产化测绘并采购,准备在2015年7月机组计划检修期间全面检修及更换,在此运行期间为了防止设备损坏加剧,采用低速挡低负荷运行。

综合解体发现的问题及以上分析,要解决螺杆磨损及振动问题要从多方面进行改进:

1. 根据机组的产量设定相应的螺杆转速;将两螺杆之间的啮合间隙在1.5~3.0 mm之间;检修后螺杆元件与机筒间隙: L轴(左侧轴)上间隙为6.0 mm,下间隙为1 mm,即平均间隙3.5 mm;侧间隙4.0 mm;R轴(右侧轴)上间隙为5.75 mm,下间隙为1 mm,即平均间隙3.375 mm侧间隙3.5 mm。

2. 控制机筒加热的平稳性;

3. 根据不同的物料熔融指数,相应调整工艺设定参数,控制好各区段的熔体压力;

4. 每年最好停机一次,对重点部位进行检查,如主减速器内的齿轮轴承状态、抽出螺杆进行检测,杜绝类似问题发生;一旦发现异常磨损,尽快更换,以免造成重大的事故发生;

5. 按照机组供应商操作规程约定,径向轴承的使用寿命为100 000 h(相当于10年),推力轴承的使用寿命为40 000 h(相当于5年),对主减速器轴承进行整体更换。

6. 对渗漏的机筒进行更换,目前使用效果良好。

结束语

大型挤压造粒机组螺杆元件、机筒等更换工作,对于我公司来说,无经验借鉴,检修人员在自身专研探索下,首次独立完成了检修工作,积累了经验和丰富的数据资料,为以后的检修工作提供了经验基础,同时为机组的平稳运行提供了宝贵经验。

参考文献:

[1] 石油化工设备维护检修规程(第三册). 化工设备, 2004年6月. 中国石化出版社

[2] 朱龙根.简明机械零件设计手册(第2版. 2005 年6月, 机械工业出版社

[3] CWPZSK320挤压机组操作手册和技术文件

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