關于縮聚粘度異常波動現象分析與處理

劉曉華（宿遷市彩塑集團有限公司，江蘇 宿遷223800）

1 概述

某企業是一家大型化纖企業，采用五釜流程熔體直紡連續生產裝置。它以“精對苯二甲酸(PTA)”和“乙二醇”為原料，加入催化劑、鈦粉、二甘醇、其它單體等作為輔料配制漿料，生產聚酯纖維和改性切片。從開車運行到現在，已穩定運行十多年時間，據描述這一年以來，在其他參數不變的情況下，真空，粘度，電流有明顯無規律波動，通過不斷溝通交流、跟蹤排查，并對數據整理分析，找出問題并提出處理建議。

2 原因分析

當然，正常生產過程中導致粘度波動的原因有很多,如：買進原料質量問題；生產過程原輔料配比異常、回用EG中水含量變化、生產設備問題、在線檢測儀器出現問題等等。這些因素都有可能導致粘度及其它指標異常情況出現，但不同因素導致的問題會表現出不同現象、也會有不同的處理方法、恢復正常時間上也不一樣。需要根據生產線異常情況，仔細排查，然后制定操作方案合理的解決問題。首先建議對原輔料化驗分析、對各計量儀表和機器設備排查，經確認這些都正常。然后根據同事反饋的情況做出如了下分析總結，提出建議解決了問題。具體情況如下：

2.1 主要參數變化情況及分析

2.1.1 壓力

每次波動時，縮聚釜壓力先波動，每次壓力上下波動在5Pa左右，同時電流波動0.7A左右，約2分鐘后，粘度0.005dl/mg 左右，整個過程在5分鐘左右。確認現場沒壓力表問題，DCS測試無誤，響應靈敏，推斷壓力波動是因為系統存在漏氣點，釜內負壓狀態、內外壓差近0.2MPa，釜內體積恒定，處于動態平衡狀態，氣漏入釜內受熱膨脹，會使釜內壓力波動。而隨機波動則是因為漏點因特殊情況不定時漏氣。

2.1.2 電流

縮聚釜是為了滿足生產需要而采用特殊的雙攪拌設計，分前后攪拌、前后電流。前端電流無變化，后端先減小后恢復。首先，基于這種現象可大致判斷出，漏點在反應釜后段工序中。其次，因漏氣后端真空波動，使攪拌盤掛料量下降，后攪拌負荷降低。其次，后端距離混合蒸汽出口近，漏氣后短時間真空波動，使反應釜內混合氣體停留時間增加，真空恢復有滯后，會影響熔體的粘度。兩方面因素共同作用導致后端電流減小，然后隨真空恢復，電流恢復正常。

2.1.3 粘度

粘度波動是因為真空波動，真空度變小，使閥位回收，但釜內整體壓力基本無變化，變化的地方是氣相管線入口測量點。所以閥回收后，釜內真空度變大，所以釜內粘度升高。據上面分析情況，出釜熔體粘度應該變大，而實際出釜熔體泵出口壓力無明顯變化，因為漏氣導致熔體泵。

2.1.4 熔體泵出口壓力

在技術人員提供的記錄中，出釜熔體粘度應該變大，而實際熔體泵出口壓力無明顯變化，多次記錄中，出口壓力出現過一次跳躍波動。加上其他參數變化情況分析認為，漏氣點可能在泵軸封這一塊，這可以很好地解釋泵壓力變化：1.壓力無明顯變化是因為軸封漏氣導致泵吸料量不足，而粘度增大形成的壓力增大和因吸料不足導致的壓力減小相互抵消，所以泵出口壓力變化不明顯。2.壓力波動是因為短時間軸封漏氣量增大，氣進入泵入口，氣體受熱膨脹體積成倍增長，使泵入口管線供料不足，部分齒輪吸空沒有充滿物料，轉到出口時，當進入高壓側又會瞬時壓縮，出口物料迅速補充這部分空缺，產生脈沖震蕩，會使泵運行不穩定，引起出口壓力驟變。

3 跟蹤記錄的數據

一月份隨機七天記錄參數波動均差如下：

真空壓力均差：6.25 Pa 電流均差：0.66 A 粘度均差：4.8 dl/mg

4 泵的結構、工作原理及泵運行情況

4.1 泵的結構、工作原理

裝置使用的是島津熔體泵，主要由泵殼、主動齒輪、從動齒輪、滑動軸承、前后端板、填料密封等組成。屬于正位移，流量與泵的轉速呈嚴格的正比關系。工作時依靠主、從動輪的相互嚙合，使工作容積變化來輸送熔體。當齒輪旋轉時熔體進入兩個齒輪的齒槽中，隨著齒輪的轉動，熔體從兩側被帶入排出腔，然后齒輪再度嚙合，使齒槽中的熔體被擠出排出腔，壓送到出口管道。

熔體泵密封采用反螺旋密封+填料密封的組合結構，軸承利用熔體作為潤滑劑，工作時靠出入口的熔體壓差，將熔體經軸承內特殊設計的溝槽導入軸承間隙，形成液體膜進行自潤滑，并通過泵殼和側蓋上潤滑通道返回低壓側，并維持潤滑膜連續再生。另一部分經反螺旋密封被循環冷卻水冷卻，沿軸封排出。在對軸和軸承進行潤滑的同時，保證軸封處有一定的壓力，防止熔體向外大量泄漏和空氣進入真空系統。

4.2 泵的運行情況及原因分析

（1）根據反映，在運行前幾年熔體泵軸封循環冷卻水一直未開，泵軸封漏料嚴重，一直有粘流體從軸封處漏出，呈塊狀脫落，單臺每月漏料100～200kg，后期打開循環冷卻水后，軸封出料量明顯減少，且磨出料呈微黃顆粒狀，一年100kg左右。

分析原因：熔體經溝槽到軸封量不變的情況下，經軸封漏出熔體無冷卻水冷卻，呈流體狀態，在高壓下易漏出；在無冷卻情況下，軸封處熔體潤滑膜厚，會使泵各部分間隙變小，加劇泵體其他部位的磨損，軸封與軸磨損，導致兩者之間的公差變大易漏料；其次還會導致軸封密封腔里有熔體的存在，結焦炭化，使軸的同心度變差，也易產生磨損。

（2）在近期技術人員還反映1 號熔體泵軸封處出現明顯異響。對此，建議技術人員調節進泵循環冷卻水量，開大循環冷卻水后異響現象也很快消失，建議在線試幾次并記錄時間，防止此現象和問題是偶然事件。經過6次現場試驗驗證，每次情況相同，關小循環冷卻水，異響出現，開大循環冷卻水異響消失，整體過程5分鐘之內結束。根據情況判斷熔體泵軸承可能有損傷。

分析原因：循環水可把軸封內的熔體熱量帶出，使軸封處熔體呈現玻璃態流體，密度變大，流動性差，冷卻后的料對軸承起到支撐作用，避免干磨現象，異響消失。

（3）1號泵出磨料量少、粉末狀呈黃或黑色。

分析原因：泵內起潤滑作用設計的特殊溝槽流通不暢，起潤滑作用的熔體量減少，導致熔體回料量和磨出料量較少；呈黃或黑色是泵密封端面量少，在密封處和軸封處停留時間長，長時間受熱、接觸空氣導致。

5 結語

在設備停車檢修之前，上述波動變大，波動頻率增加，加上提供的現象和數據分析，是熔體泵軸封漏氣，建議開大軸封循環冷卻水，情況明顯改善，波動消失。水量關小后，波動又持續無規律出現，再次開大冷卻水后，波動現象再次消失。對此筆者認為：循環冷卻水使軸封處溫度降低，熱脹冷縮使填料進一步壓緊，強化了密封效果。綜上所述可判斷熔體泵軸封處已漏氣，軸承可能存在一定的損傷。停車檢修之前建議開大循環冷卻水維持正常生產穩定。采用這種方法解決問題后有人提出不同看法：

（1）水不是越大越好，熱脹冷縮，容易導致泵軸抱死，個人觀點認為：極低的生產負荷，較低的循環水溫度，全開冷卻水可能會因為軸封磨出料固化有可能出現這種情況，正常負荷總產能50%以上運行，這種可能性較小。

（2）軸封處壓力過高，在10MPa 左右，應該低于這個值，個人認為軸封處壓力要根據產能、粘度、泵運行情況和運行環境確定，并不能一概而論。

解決方案：

（1）提高泵出口壓力，增加泵體內空間高溫熔體流速和壓力阻止空氣的進入。

（2）建議做好停車方案，準備好備品備件，一旦停車抓緊搶修處理。停車之前先開大循環冷卻水，維持停車前的穩定運行。

（3）把緊軸封螺栓，增加軸封壓力。因現在執行方案一，能穩定運行且產品質量無任何異常，暫時沒有實施，只作為備用方案為不時之需。

（4）如果執行了前兩個方案，仍解決不了問題，則只有停車檢修。