熔融泵在聚丙烯裝置擠壓造粒中的應用

譚 鵬，許 普，方鎮子

（中國石油廣西石化公司，廣西欽州 503008）

1 擠壓機工作原理

聚丙烯擠壓造粒主要由主電機、主電機齒輪箱、喂料斗、筒體、雙螺桿、節流閥、開車閥、熔融泵、換網器、模板、水下切粒機等組成。其工作原理是：聚丙烯粉末在喂料斗中依靠自身重力持續為筒體供料，在筒體中被同向嚙合旋轉的雙螺桿輸送和混煉熔融，經過節流閥節流再進入熔融泵進行加壓；加壓后的聚丙烯樹脂經過換網器進行雜質過濾后，從模板擠出，經過水下切粒機進行切粒后由顆粒水輸送到后續加工單元。在聚丙烯擠壓造粒機組中，熔融泵的作用是將來自筒體混煉的熱熔聚丙烯樹脂通過兩齒輪旋轉形成的容積變化進行加壓。它主要由電機驅動，通過一個帶外部潤滑油和冷卻系統的螺旋錐齒輪減速箱帶動熔融泵工作。作為擠壓造粒步驟中的關鍵設備，熔融泵對裝置的長穩運行起到重要作用。

2 熔融泵的結構特點及作用

該熔融泵型號為MP360-1 SBC，包括變頻電機、滑移離合器、齒輪箱、準雙曲面齒輪耦合和卡登軸、齒輪泵以及4 個螺紋軸密封，并帶有振動監測系統、潤滑油系統和撬裝的熱油油溫控制系統（圖1）。其中，變頻電機主要提供熔融泵系統所需動力；過載離合器主要實現變頻電機與齒輪箱中的力矩傳送，同時防止傳動裝置過載；潤滑油系統配備了2 臺油泵、1 個油冷器、2 個互為備用的油過濾器；撬裝的油溫控制系統，用于泵體加熱和密封冷卻。

圖1 熔融泵結構

該熔融泵與德國Coperion 公司生產的ZSK320 系列擠壓造粒機配套使用。

2.1 螺旋錐齒輪減速箱

齒輪箱是一個二級變速的減速箱，作用是傳輸來自電機的動力（圖2）。其輸入功率為725 kW，電機輸入轉速150～2000 r/min，經二級減速后齒輪箱輸出的速度為20～40 r/min，以滿足熔融泵正常工作所需的轉速要求，可以滿足每年8760 h 的不間斷工作要求。在維護保養方面，必須每天檢查一次齒輪箱的油位，此檢查齒輪箱的漏油情況。在大約500 h 后進行首次換油，之后每經過3000 h 更換一次潤滑油，但最長換油間隔不能超過18 個月。此外，每天必須通過振動監測系統監測箱體振動情況，并記錄相應振動數據。

圖2 齒輪箱結構

2.2 螺紋軸密封

螺紋軸密封也叫金屬軸襯，在熔融泵體上共配備有4 個，每個螺紋軸密封都單獨設有冷卻通道和內部螺紋，即退料管螺紋（圖3）。它通過外部冷卻水與熔融樹脂的作用形成軸端密封，將熔體泵滑動軸承后方的螺母群區域與外界環境進行隔開：一方面防止熔融樹脂沿軸向向外部環境泄漏，另一方面防止泵軸或泵體軸承溫度受外界環境溫度的影響。

圖3 螺紋軸密封

2.3 齒輪泵

本產品為KF 型傳輸齒輪泵，用來抽送各種流體（圖4）。其標準外殼由灰鑄鐵制成，齒輪裝置由高強度表面硬化鋼制成，經過適當硬化后安裝到特殊多成分滑動軸承套內。此類泵適用于低潤滑性的介質。

圖4 齒輪泵結構

2.4 撬裝熱油系統

在工作過程中，熔融泵的泵軸和泵軸承會形成粘性的摩擦熱量，為了避免過熱產生抱軸現象或對熔融泵體造成實際性損壞，必須轉移消除摩擦熱，所以熔融泵本體配備有一套熱油油溫控制系統，具有油加熱與油冷卻作用。該油溫控制系統對泵軸和泵軸承溫度進行控制，在降溫時軸先冷卻，軸承后冷卻；升溫時軸承先加熱、泵軸后加熱，保證軸承溫度與泵軸溫度形成一定的溫度差，有效避免熱脹冷縮情況下軸承與軸出現的咬合抱死情況，防止泵軸和軸承遭受實際性損壞，延長軸和軸承的使用壽命。

3 熔融泵操作要點

3.1 啟動前灌泵

在安裝后第一次開車前，由于熔融泵體內處于空的狀態，而熔融泵齒輪和泵軸承需要靠熔融的物料實現自潤滑，所以運行前的灌泵是必不可少的。在開車前應先停掉螺紋軸封的冷卻水，然后通過盤車方式將熔融態樹脂引入熔融泵，直到螺紋軸封處流出樹脂則灌泵完成。如果灌泵不充分，則會導致熔融泵在運轉過程中因干摩擦而損壞齒輪和軸承。

3.2 電流變化

熔融泵為容積式齒輪泵，從擠壓機螺桿出來的聚丙烯樹脂熔體直接進入熔融泵，其排出體積固定。在熔融泵充滿的情況下，轉速與負荷成正比關系，即負荷越高轉速越大。電流與樹脂的熔融指數有關，隨著樹脂熔融指數變化，其電流也會相應改變，即隨著熔融指數上升熔融泵的電流是下降的，這在切換牌號的過程中尤其需要注意。因此，在切換牌號過程中可以通過監測熔融泵的填充率，幫助判斷聚丙烯樹脂產品的切換進度，方便操作員及時作出準確調整。

3.3 啟動速度控制

熔融泵的驅動速度通過一個PID 控制器控制。PID 控制器是根據熔融泵入口的吸料壓力來工作的，因此熔融泵的速度會隨著雙螺桿擠壓造粒機的產量變化而自動調節。但是在啟動階段，當熔體泵開始進料的瞬間，熔體壓力急劇上升，所以必須使用固定的啟動速度，以避免熔體泵的初始轉速差過大。當啟動速度滿足后，會自動切換為由熔融泵吸入壓力控制的速度調節模式。

熔融泵的入口壓力波動過大會影響產品質量及機組安全，因此保證入口壓力穩定是維持平穩運行的關鍵。當擠壓機負荷變化時，通過控制電機轉速可以保證入口壓力穩定，因此在操作中要優化控制器參數。

4 存在的問題及解決措施

4.1 旋轉接頭漏油

（1）原因分析：旋轉接頭是將流體介質從靜止的管道輸入到旋轉或往復運動的設備中，再從旋轉接頭中排出的連接密封裝置。旋轉接頭內部結構有球面環（又稱密封環）、支撐環、彈簧、內轉子、端蓋和殼體，其中，球面環主要起密封作用，在轉子轉動時球面和端蓋的球面組成密封面，也叫動密封；支撐環主要起支撐作用、支撐著轉子，彈簧裝在支撐環的后面，在球面環磨損的情況下依靠彈簧補償推動力。從拆檢情況來分析，球面環磨損嚴重，端面磨損超過4.5 mm，軸向長度變短，彈簧補償力達到極限最終導致密封面失效。彈簧補償失效后，轉子與彈簧墊片失去平衡力從而相互竄動，導致轉子與石墨支撐環相互摩擦，磨損的間隙越磨越大，端蓋的密封點也失去效應，導熱油大量泄漏。

（2）處理辦法：①從往年的運行情況來看，球面密封環的使用壽命為2 年比較合適，應做好合理評估球面密封環的使用壽命，做到計劃性更換，根據目前的使用情況，2 年更換一次比較合理；②避免頻繁啟停，設備的頻繁啟停會造成旋轉接頭內轉子的竄動、損傷密封面，從而加快密封面的磨損速度，因此應減少開停車次數、降低密封面的損壞速度；③高溫導熱油容易結焦，在密封面形成高點、導致密封環偏磨；④應保證導熱油系統清潔，升降溫速度均衡，避免快速的升降溫操作。

4.2 離合器星形梅花墊破損引起驅動端振動增大且異響

（1）原因分析：星形梅花墊主要是用于離合器中間連接，起到減振、絕緣、緩沖、傳遞扭矩的作用。星形梅花墊的使用壽命受其材料、硬度、現場工作環境以及安裝方式等影響，材料、硬度決定其傳遞扭矩的大小。當長時間使用后，易出現老化變硬并脆化破裂的現象。某公司聚丙烯裝置維護人員在巡檢過程中就曾發現，熔融泵離合器異響及電機驅動端振動有明顯上升的情況，但離合器外觀并未有異常。經過對離合器結構原理進行綜合分析判斷，初步判斷為離合器撓性星形梅花墊磨損后出現空隙導致對輪碰撞產生異響，并使驅動端振動增大。后手動將擠壓造粒機組停下檢查，發現離合器防護罩上有碎片。拆開防護罩，驗證了初始的故障判斷，異響及振動增大是離合器星形梅花墊破碎導致的。

（2）處理辦法：①清理離合器梅花墊碎片，打磨對輪碰撞磨損部位，更換回裝新的星形梅花墊，并進行重新找正；②加強相關人員專業技術培養，在檢修更換或購買配件時嚴格把關，確保產品質量合格。在日常機組運行中，加強操作人員的專業技術提升，嚴格監控各點振動及溫度，對異常情況做出準確判斷和評估；③完善熔融泵齒輪箱振動在線監測系統，對振動進行在線實時監控；④深入了解設備的內部結構和工作原理，便于故障分析。

4.3 過載離合器轉速差報警

（1）原因分析：過載離合器安裝在驅動電機和熔融泵齒輪箱之間，防止齒輪泵傳動裝置的過載。驅動電機側和齒輪箱側的離合器防護裝置內各裝有一個接近傳感器，該傳感器的信號傳給安裝在控制柜內的電子控制離合器監控裝置，其作用是當離合器開始運行或者運行期間，可以實時監控驅動端電機與齒輪箱側的速度差情況，當速度差大于允許速度差時熔融泵離合器會出現轉速差報警并且自動聯鎖停車。轉速差報警的主要原因見表1。

表1 轉速差報警原因

（2）處理辦法：①檢查接近傳感器的檢測距離，如果位置、距離已發生變化，重新設定距離，并檢查觸點松動情況，如有松動則需要進行擰緊處理；②檢查輸送電纜是否有破損情況，有破損的則應更換新電纜；③檢查離合器摩擦面，找出污染的原因并更換新的摩擦件，這一點在離合器安裝時尤為重要，因此必須在無油的環境下拆卸或安裝離合器。

5 結束語

本文對熔融泵的操作要點及常見問題處理進行剖析，目的是在今后熔融泵的相關運行中吸取經驗教訓，在操作中通過現場振動測試和監測分析，及時發現設備故障原因，并進行科學評價。通過對故障原因的分析、查找根源，以徹底解決故障，保證擠壓造粒機組設備能夠長周期、穩定運行。