PVC生產中離心機振動原因分析及解決措施

荊盼龍，姜瑞霞，杜淼

(青島海灣化學有限公司，山東 青島 266409)

隨著PVC生產規模的不斷擴大，青島海灣化學有限公司(以下簡稱青島海灣)在PVC生產過程中單臺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，懸浮液經汽提塔汽提后形成含水質量分數70%的PVC漿料，PVC漿料在干燥前由離心機脫水形成含水質量分數25%的濾餅，因此，離心機為脫水處理的關鍵設備。青島海灣使用4臺德國產臥式螺旋沉降式離心機，單臺處理能力為12 t/h。該設備從2016年11月投產以來，經常因為振動而無法正常運行，成為生產過程中的一個瓶頸。

青島海灣從工藝和操作方面對離心機振動進行了全面分析，并進行了相應改造，改造后離心機運行穩定且高效，PVC產量得到很大的提升，并取得了很好的經濟效益。

1 離心機的工作原理和特性

1.1 工作原理

離心機高速旋轉的轉鼓中有與其旋轉方向相同的螺旋輸送器，螺旋輸送器依靠差速器旋轉速度稍低于轉鼓轉速。PVC漿料通過中心供料管進入離心機內，在離心力的作用下，密度大的PVC物料沉降到轉鼓壁上。沉積在轉筒壁上的PVC物料由螺旋輸送器傳送到轉鼓的錐體端，從排料口排入固體集料箱，然后進入干燥系統進行干燥;澄清液流向液相排出口，經由可調節液池深度的可調節堰板排出離心機轉筒[1]。

離心機結構示意圖見圖1。

1—供料管;2—轉鼓;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 離心機特性

青島海灣使用的離心機主要技術參數見表1，此外，離心機還設有軸承溫度、振動速度、扭矩和功率等在線檢測功能，離心機在運行過程中若有任何一個指標超過規定值，都會保護性聯鎖停車。

表1 離心機參數Table 1 Parameters of centrifuge

2 離心機振動原因分析及解決措施

2.1 生產過程中振動問題

青島海灣離心機裝有振動探測器，測量的數據實時傳輸到DCS進行檢測并對離心機聯鎖保護，振動值若超過25 mm/s會使離心機聯鎖停車。從2016年11月投產以來，離心機振動異常情況如下。

(1)離心機開始進料時，振動值隨著進料量的增大而增大，導致離心機負荷一直提不起來。

(2)離心機進料穩定后，隨著運行時間的延續，振動會逐漸增加，為避免離心機聯鎖停機，只能關閉進料，用沖洗水沖洗，等振動降低后再開啟進料，沖洗頻次基本是每6 h 1次，從關閉進料沖洗到沖洗結束再進料需要1 h。

(3)隨著運行時間的延長，離心機振動過大，報警次數增多，振動頻率加大，最終運轉情況惡化，離心機被迫停車。

以上問題導致青島海灣PVC產量一直很低，且頻繁地開停車使PVC質量受到影響，因此須解決離心機存在的振動問題。

2.2 離心機振動原因分析[2]

導致離心機振動的原因有很多，根據離心機振動特點和每次振動的相關因素，對離心機振動的影響因素分析如下。

2.2.1 振動特點

(1)振動烈度。

離心機的振動烈度是指離心機在運行過程中，在機座的特定點、特定方向測得的寬頻(10～1 000 Hz)振動速度信號的均方根值，單位為mm/s。振動烈度與不平衡量有關，也與轉鼓大小、支撐條件、運轉情況等有關[3]。

(2)機械振動。

機械振動是指描述機械系統或位置的量值相對于其平均值隨時間變化的現象。其中，機械系統指由質量m、剛度k和阻尼c各元素所組成的系統。按振動產生的原因可分為自由振動、受迫振動、參數振動和自激振動4類。

離心機是一種回旋機械，在理想情況下，轉鼓旋轉時與不旋轉時，對軸承產生的壓力是一樣的，這樣的轉鼓是平衡的回旋體。工程中的各種回旋體，比如離心機轉鼓、螺旋輸送器等零部件，由于材質或毛坯在加工中產生的誤差，使回旋體在以一定的轉速旋轉時，其上每個微小質點產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，通過軸承作用于機械及其基礎上，就產生了振動。在查驗了生產廠家設備出廠調試驗收證明和現場勘測軸承等主要零部件后，排除了離心機自身影響因素。按照振動特點，青島海灣查找了與離心機振動相關的其他影響因素。

2.2.2 相關因素[4]

(1)進料不均。

青島海灣最初采用的離心機進料方式見圖2。漿料槽出來的漿料經1臺離心機進料泵打回流，回流管路分出2支路自上而下向2臺離心機分別供料。離心機的進料量由調節閥控制，通過回流控制閥調節進料壓力在0.2 MPa。由于2個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比靠后的離心機功率和扭矩都大。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律性的振動，因此，采取這種進料方式存在進料不均的情況，造成離心機進料波動。

(2)沖洗方式不到位。

離心機前期運行時，只有在開停車時用沖洗水分別對離心機轉鼓和螺旋輸送器進行沖洗，正常進料沖洗水均處于關閉狀態。采取此種沖洗方式，在設備每次解體檢查時，發現總有一些PVC物料黏結在螺旋進料室內部，由于PVC物料黏度過大，不能及時排出，造成物料在螺旋進料室內堆積，形成局部偏載，螺旋失去動平衡，導致離心機振動[5]。

2.3 改進措施

根據離心機振動特點和相關因素，青島海灣從工藝和操作上對離心機采取了以下改進措施。

2.3.1 改變進料方式

漿料槽出來的漿料經離心機進料泵打回流，回流管路分出1個T形分支自下而上分別向2臺離心機供料。離心機的進料量仍由調節閥控制，且進料壓力控制在0.2 MPa。由于供料管路不存在先后順序，2臺離心機的供料不存在偏流。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律性的振動，2因此，采取這種進料方式很好地解決了離心機進料不均的問題，避免了離心機進料波動，改進后的進料方式見圖3。

1—漿料槽;2—離心機進料泵 ;3—回流控制閥;4—進料控制閥;5—軟連接;6—離心機。

2.3.2 改變沖洗方式

在設計離心機時，為了防止螺旋進料室清洗不干凈，在進料管外層增加了一層沖洗用的夾層套管，在沖洗時使進料室內的PVC物料及時排出，防止物料因長時間堆積變形結塊而清洗不下來。清洗時，通過夾層套管和進料管使清洗液沖洗到進料室的各個方位，有效防止了清洗死角的產生。因此，青島海灣在離心機開停車時，會開啟轉鼓和螺旋沖洗水進行沖洗，沖洗結束后只將轉鼓沖洗水關閉，螺旋沖洗水在進料過程中會一直保持開啟，這樣就有效地避免了螺旋管道內PVC物料的堆積。

2.4 效果對比

4臺離心機于2016年11月投入使用后，振動值一直處于11 mm/s以上，在運行一段時間后振動值經常超出限定值，造成停車。青島海灣先后多次對振動問題進行處理，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行分析，制定了以上解決方案，并安排專人跟蹤處理結果。

表2是離心機FL4503A在問題解決前后進料時間、振動增幅、沖洗頻次等參數對比，可以看出，改造后的離心機在各方面都有了明顯的改進。

表2 離心機改造前后參數對比Table 2 Comparison of parameters of original and improved centrifuge

3 結語

干燥工序是PVC樹脂生產的重要工序，而振動異常是離心機的常見故障，因此直接影響工藝平衡控制和產品產量。青島海灣經過此次改造，離心機的運行狀況大為改觀，并取得了明顯的效果。此外，青島海灣還加強工藝控制、生產操作和設備的維護保養，不僅延長了設備的檢修周期，而且可以保證設備長期穩定、高效地運行，取得了良好的經濟效益。