广西石化：熔融泵在聚丙烯装置挤压造粒中的应用
- 来源：废塑料新观察
- 2024/12/19 9:35:57
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熔融泵在再生塑料的造粒过程中，通过提高熔体质量、精确控制挤出量、节能、减少故障率、适应不同塑料特性以及提高熔融效率等方面，发挥着不可或缺的作用。
作为双螺杆同向啮合挤压造粒机的重要部分，熔融泵的运转状况直接关系到聚丙烯装置能否长周期稳定运行。本文主要介绍熔融泵在挤压造粒过程中的应用情况，深入研究运行中出现的问题，并采取相应的防范措施保障机组稳定、可靠运行。
论文来源：中国石油广西石化公司 谭鹏，许普，方镇子
挤压机工作原理
聚丙烯挤压造粒主要由主电机、主电机齿轮箱、喂料斗、筒体、双螺杆、节流阀、开车阀、熔融泵、换网器、模板、水下切粒机等组成。其工作原理是：聚丙烯粉末在喂料斗中依靠自身重力持续为筒体供料，在筒体中被同向啮合旋转的双螺杆输送和混炼熔融，经过节流阀节流再进入熔融泵进行加压；加压后的聚丙烯树脂经过换网器进行杂质过滤后，从模板挤出，经过水下切粒机进行切粒后由颗粒水输送到后续加工单元。
在聚丙烯挤压造粒机组中，熔融泵的作用是将来自筒体混炼的热熔聚丙烯树脂通过两齿轮旋转形成的容积变化进行加压。它主要由电机驱动，通过一个带外部润滑油和冷却系统的螺旋锥齿轮减速箱带动熔融泵工作。作为挤压造粒步骤中的关键设备，熔融泵对装置的长稳运行起到重要作用。
熔融泵的结构特点及作用
该熔融泵型号为MP360-1 SBC，包括变频电机、滑移离合器、齿轮箱、准双曲面齿轮耦合和卡登轴、齿轮泵以及4个螺纹轴密封，并带有振动监测系统、润滑油系统和撬装的热油油温控制系统(图1)。其中，变频电机主要提供熔融泵系统所需动力；过载离合器主要实现变频电机与齿轮箱中的力矩传送，同时防止传动装置过载；润滑油系统配备了2台油泵、1个油冷器、2个互为备用的油过滤器；撬装的油温控制系统，用于泵体加热和密封冷却。
该熔融泵与德国Coperion公司生产的ZSK320系列挤压造粒机配套使用。
螺旋锥齿轮减速箱
齿轮箱是一个二级变速的减速箱，作用是传输来自电机的动力(图2)。其输入功率为725 kW，电机输入转速150~2000 r/min， 经二级减速后齿轮箱输出的速度为20~40 r/min，以满足熔融泵正常工作所需的转速要求，可以满足每年8760 h的不间断工作要求。在维护保养方面，必须每天检查一次齿轮箱的油位，此检查齿轮箱的漏油情况。在大约500 h后进行首次换油，之后每经过3000 h更换一次润滑油，但最长换油间隔不能超过18个月。此外，每天必须通过振动监测系统监测箱体振动情况，并记录相应振动数据。
螺纹轴密封
螺纹轴密封也叫金属轴衬，在熔融泵体上共配备有4个，每个螺纹轴密封都单独设有冷却通道和内部螺纹，即退料管螺纹(图3)。它通过外部冷却水与熔融树脂的作用形成轴端密封， 将熔体泵滑动轴承后方的螺母群区域与外界环境进行隔开：一方面防止熔融树脂沿轴向向外部环境泄漏，另一方面防止泵轴或泵体轴承温度受外界环境温度的影响。
齿轮泵
本产品为KF型传输齿轮泵，用来抽送各种流体(图4)。其标准外壳由灰铸铁制成，齿轮装置由高强度表面硬化钢制成，经过适当硬化后安装到特殊多成分滑动轴承套内。此类泵适用于低润滑性的介质。
撬装热油系统
在工作过程中，熔融泵的泵轴和泵轴承会形成粘性的摩擦热量，为了避免过热产生抱轴现象或对熔融泵体造成实际性损坏，必须转移消除摩擦热，所以熔融泵本体配备有一套热油油温控制系统，具有油加热与油冷却作用。该油温控制系统对泵轴和泵轴承温度进行控制，在降温时轴先冷却，轴承后冷却；升温时轴承先加热、泵轴后加热，保证轴承温度与泵轴温度形成一定的温度差，有效避免热胀冷缩情况下轴承与轴出现的咬合抱死情况，防止泵轴和轴承遭受实际性损坏，延长轴和轴承的使用寿命。
熔融泵操作要点
启动前灌泵
在安装后第一次开车前，由于熔融泵体内处于空的状态，而熔融泵齿轮和泵轴承需要靠熔融的物料实现自润滑，所以运行前的灌泵是必不可少的。在开车前应先停掉螺纹轴封的冷却水， 然后通过盘车方式将熔融态树脂引入熔融泵，直到螺纹轴封处流出树脂则灌泵完成。如果灌泵不充分，则会导致熔融泵在运转过程中因干摩擦而损坏齿轮和轴承。
电流变化
熔融泵为容积式齿轮泵，从挤压机螺杆出来的聚丙烯树脂熔体直接进入熔融泵，其排出体积固定。在熔融泵充满的情况下，转速与负荷成正比关系，即负荷越高转速越大。电流与树脂的熔融指数有关，随着树脂熔融指数变化，其电流也会相应改变，即随着熔融指数上升熔融泵的电流是下降的，这在切换牌号的过程中尤其需要注意。因此，在切换牌号过程中可以通过监测熔融泵的填充率，帮助判断聚丙烯树脂产品的切换进度，方便操作员及时作出准确调整。
启动速度控制
熔融泵的驱动速度通过一个PID控制器控制。PID控制器是根据熔融泵入口的吸料压力来工作的，因此熔融泵的速度会随着双螺杆挤压造粒机的产量变化而自动调节。但是在启动阶段，当熔体泵开始进料的瞬间，熔体压力急剧上升，所以必须使用固定的启动速度，以避免熔体泵的初始转速差过大。当启动速度满足后，会自动切换为由熔融泵吸入压力控制的速度调节模式。
熔融泵的入口压力波动过大会影响产品质量及机组安全， 因此保证入口压力稳定是维持平稳运行的关键。当挤压机负荷变化时，通过控制电机转速可以保证入口压力稳定，因此在操作中要优化控制器参数。
存在的问题及解决措施
旋转接头漏油
(1)原因分析：旋转接头是将流体介质从静止的管道输入到旋转或往复运动的设备中，再从旋转接头中排出的连接密封装置。旋转接头内部结构有球面环(又称密封环)、支撑环、弹簧、内转子、端盖和壳体，其中，球面环主要起密封作用，在转子转动时球面和端盖的球面组成密封面，也叫动密封；支撑环主要起支撑作用、支撑着转子，弹簧装在支撑环的后面，在球面环磨损的情况下依靠弹簧补偿推动力。从拆检情况来分析，球面环磨损严重，端面磨损超过4.5 mm，轴向长度变短，弹簧补偿力达到极限最终导致密封面失效。弹簧补偿失效后，转子与弹簧垫片失去平衡力从而相互窜动，导致转子与石墨支撑环相互摩擦，磨损的间隙越磨越大，端盖的密封点也失去效应，导热油大量泄漏。
(2)处理办法：①从往年的运行情况来看，球面密封环的使用寿命为2年比较合适，应做好合理评估球面密封环的使用寿命，做到计划性更换，根据目前的使用情况，2年更换一次比较合理；②避免频繁启停，设备的频繁启停会造成旋转接头内转子的窜动、损伤密封面，从而加快密封面的磨损速度，因此应减少开停车次数、降低密封面的损坏速度；③高温导热油容易结焦，在密封面形成高点、导致密封环偏磨；④应保证导热油系统清洁，升降温速度均衡，避免快速的升降温操作。
离合器星形梅花垫破损引起驱动端振动增大且异响
(1)原因分析：星形梅花垫主要是用于离合器中间连接，起到减振、绝缘、缓冲、传递扭矩的作用。星形梅花垫的使用寿命受其材料、硬度、现场工作环境以及安装方式等影响，材料、硬度决定其传递扭矩的大小。当长时间使用后，易出现老化变硬并脆化破裂的现象。某公司聚丙烯装置维护人员在巡检过程中就曾发现，熔融泵离合器异响及电机驱动端振动有明显上升的情况， 但离合器外观并未有异常。经过对离合器结构原理进行综合分析判断，初步判断为离合器挠性星形梅花垫磨损后出现空隙导致对轮碰撞产生异响，并使驱动端振动增大。后手动将挤压造粒机组停下检查，发现离合器防护罩上有碎片。拆开防护罩，验证了初始的故障判断，异响及振动增大是离合器星形梅花垫破碎导致的。
(2)处理办法：①清理离合器梅花垫碎片，打磨对轮碰撞磨损部位，更换回装新的星形梅花垫，并进行重新找正；②加强相关人员专业技术培养，在检修更换或购买配件时严格把关，确保产品质量合格。在日常机组运行中，加强操作人员的专业技术提 升，严格监控各点振动及温度，对异常情况做出准确判断和评估；③完善熔融泵齿轮箱振动在线监测系统，对振动进行在线实时 监控；④深入了解设备的内部结构和工作原理，便于故障分析。
过载离合器转速差报警
(1)原因分析：过载离合器安装在驱动电机和熔融泵齿轮箱之间，防止齿轮泵传动装置的过载。驱动电机侧和齿轮箱侧的离合器 防护装置内各装有一个接近传感器，该传感器的信号传给安装在 控制柜内的电子控制离合器监控装置，其作用是当离合器开始运 行或者运行期间，可以实时监控驱动端电机与齿轮箱侧的速度差情况，当速度差大于允许速度差时熔融泵离合器会出现转速差报警并且自动联锁停车。转速差报警的主要原因见表1。
(2)处理办法：①检查接近传感器的检测距离，如果位置、距离已发生变化，重新设定距离，并检查触点松动情况，如有松动则需要进行拧紧处理；②检查输送电缆是否有破损情况，有破损的则应更换新电缆；③检查离合器摩擦面，找出污染的原因并更换新的摩擦件，这一点在离合器安装时尤为重要，因此必须在无油的环境下拆卸或安装离合器。
结束语
本文对熔融泵的操作要点及常见问题处理进行剖析，目的是在今后熔融泵的相关运行中吸取经验教训，在操作中通过现场振动测试和监测分析，及时发现设备故障原因，并进行科学评价。通过对故障原因的分析、查找根源，以彻底解决故障，保证挤压造粒机组设备能够长周期、稳定运行。
观察君观点
挤压造粒机组是实现聚烯烃循环经济的关键技术之一，废旧聚烯烃材料，如塑料袋、瓶子、包装膜等，可以通过挤压造粒机组进行回收处理，转化为再生颗粒，这些颗粒可以再次用于制造新的聚烯烃产品。
挤压造粒机组可以精确控制温度、压力和剪切力，这对于保证再生聚烯烃颗粒的质量和性能至关重要。通过优化工艺参数，可以提高再生聚烯烃的机械性能和外观质量。这对于大规模的聚烯烃回收和再生尤为重要。
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