淺析聚丙烯滾桶器及其改造方案

李興成

摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對能源需求不斷擴(kuò)大，我國對進(jìn)口石油依存度不斷升高，而少油富煤是我國的基本能源狀況，為了減少對進(jìn)口石油的依賴程度，大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，符合國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的戰(zhàn)略統(tǒng)籌需要，在煤化工聚丙烯裝置生產(chǎn)過程中針對進(jìn)口滾筒器設(shè)備進(jìn)行國產(chǎn)化改造以適應(yīng)裝置生產(chǎn)需要顯得尤為重要。

1滾桶器介紹、結(jié)構(gòu)原理、特點(diǎn)、作用及重要性

1.1 滾桶器介紹

滾桶器在滿足最大負(fù)荷下保持SUG催化劑活性，SUG催化劑溶液符和性能要求，保證及時添加催化劑24小時運(yùn)行，在這種情況下要求催化劑具有較高活性，要求滾桶器發(fā)揮最大效能運(yùn)轉(zhuǎn)來保證SUG催化劑及時添加。為滿足裝置生產(chǎn)需要，滾桶器幾乎是在不停地運(yùn)行，最初安裝為美國西庫滾桶器。

1.2 滾桶器結(jié)構(gòu)原理

1.2.1滾桶器結(jié)構(gòu)

滾桶器由電機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)、驅(qū)動軸、主動鏈輪、從動軸、從動鏈輪、鏈條、基座、支架、軸承、軸承座、捆綁器等組成。

1.2.2滾桶器原理

在電機(jī)的驅(qū)動下，經(jīng)聯(lián)軸器（套桶聯(lián)軸器）與蝸桿軸聯(lián)接，經(jīng)減速器（蝸輪蝸桿減速器）蝸輪軸上的主動齒輪驅(qū)動鏈條，鏈條帶動從動軸上從動鏈輪，經(jīng)鏈條減速驅(qū)動從動軸轉(zhuǎn)動。捆綁器將兩桶催化劑固定隨著軸轉(zhuǎn)動。

2.催化劑作用原理

2.1 催化劑作用

催化現(xiàn)象是自然界中普遍存在的重要現(xiàn)象，催化作用幾乎遍及化學(xué)反應(yīng)的整個領(lǐng)域。催化劑作為整個化學(xué)領(lǐng)域中最具代表性的化學(xué)物質(zhì)之一，有著舉足輕重的地位。催化劑能改變反應(yīng)速率，但不改變反應(yīng)總標(biāo)準(zhǔn)?；瘜W(xué)反應(yīng)中由于催化劑的介入而加速或減緩化學(xué)反應(yīng)速率的現(xiàn)象稱為催化作用。在催化反應(yīng)中，催化劑與反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)作用，改變了反應(yīng)途徑，從而改變了反應(yīng)的活化能，這是催化劑得以改變反應(yīng)速率的原因。如化學(xué)反應(yīng)A+B→AB，所需活化能為E，加入催化劑C后，反應(yīng)分兩步進(jìn)行，所需活化能分別為F、G，其中F、G均小于E。

2.2 催化劑的原理

在化學(xué)反應(yīng)過程中有些物質(zhì)自身無法完成化學(xué)反應(yīng)，不然就是需要較長時間來完成化學(xué)反應(yīng)。但在有催化劑的環(huán)境下，分子只需較少的能量即可完成化學(xué)反應(yīng)。催化劑可使化學(xué)反應(yīng)物在不改變的情形下，分子只需較少的能量即可完成化學(xué)反應(yīng)。

在催化反應(yīng)過程中，至少必須有一種反應(yīng)物分子與催化劑發(fā)生了某種形式的化學(xué)作用。由于催化劑的介入，會誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生改變，而使化學(xué)反應(yīng)變快或減慢或者在較低的溫度環(huán)境下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。催化劑在化學(xué)反應(yīng)中起到的作用叫催化作用，催化劑在工業(yè)上也稱為觸媒。

3.丙烯聚合SUG型催化劑應(yīng)用介紹、結(jié)構(gòu)參數(shù)、參數(shù)對比

3.1 丙烯聚合SUG型高效催化劑應(yīng)用介紹

國產(chǎn)丙烯聚合SUG型高效催化劑是由河北任丘利和科技發(fā)展有限公司研制。經(jīng)試驗(yàn)，國產(chǎn)丙烯聚合SUG型高效催化劑的主要組成與進(jìn)口催化劑相近，但微觀結(jié)構(gòu)與進(jìn)口催化劑有一定差異，內(nèi)孔略小而體積大。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，SUG型催化劑的聚合活性高，生產(chǎn)的聚丙烯粉料堆積密度高，粒徑分布窄，顆粒形態(tài)好而細(xì)分含量低，工業(yè)裝置運(yùn)行平穩(wěn)，單耗與進(jìn)口催化劑相當(dāng)。

3.2 丙烯聚合SUG型高效催化劑的主要成分和結(jié)構(gòu)參數(shù)

催化劑的主要成分和結(jié)構(gòu)參數(shù)是決定催化劑的性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

4.滾桶器的改造方案、具體實(shí)施方案及理論計(jì)算

4.1 滾桶器的改造方案

根據(jù)以往發(fā)生故障的情況，決定對滾桶器進(jìn)行改造升級，對其他附件進(jìn)行測繪加工，適當(dāng)升級強(qiáng)化改造。

自PP裝置開工生產(chǎn)，滾桶器運(yùn)轉(zhuǎn)投用一段時間發(fā)生故障情況評估認(rèn)為：第一，電機(jī)軸平鍵磨損、損壞導(dǎo)致傳動失效的情況占第一位。就這種情況在重新設(shè)計(jì)時將電機(jī)軸及蝸桿軸徑尺寸加大，同時按標(biāo)準(zhǔn)將平鍵尺寸放大，進(jìn)行強(qiáng)化加固提高強(qiáng)度設(shè)計(jì)。針對具體采用的平鍵材料材質(zhì)及具體尺寸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算以求達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求。采用45號鋼。熱處理要求：調(diào)質(zhì)HRC28-32，淬火硬度：HRC40-45。第二，將滾桶器從動軸軸徑強(qiáng)化加固到φ40mm（原美國西庫滾桶器從動軸軸徑測繪得知為φ38mm）。采用45號鋼正火處理即可。第三，對蝸輪、蝸桿減速機(jī)輸出功率進(jìn)行提高設(shè)計(jì)選配，那么電機(jī)功率相應(yīng)匹配提高到2.0kw以上（原美國西庫滾桶器電機(jī)功率為1.5kw），可對蝸輪、蝸桿減速機(jī)廠家提出技術(shù)參數(shù)要求及蝸輪、蝸桿加工材料材質(zhì)提出技術(shù)要求，蝸輪加工材料材質(zhì)選用速度較低的重載傳動，載荷穩(wěn)定的如：ZCuAl10Fe3或ZCuAl10Fe3Mn2，以保證強(qiáng)度和穩(wěn)定性。蝸桿加工材料材質(zhì)選用42CrMo，40CrNi等進(jìn)行表面淬火處理，以保證耐磨性和使用的長周期可靠性。第四，對設(shè)計(jì)選定的蝸輪、蝸桿減速機(jī)及根據(jù)電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速進(jìn)行蝸輪、蝸桿減速機(jī)輸出軸即主動軸轉(zhuǎn)速及從動軸轉(zhuǎn)速的理論計(jì)算。第五，進(jìn)行土建、混凝土施工，基礎(chǔ)、基座定位依據(jù)裝配圖圖紙進(jìn)行施工，安裝、定位、水平、標(biāo)高、基座固定、二次灌漿、裝配，具備條件調(diào)試、試車、驗(yàn)收交付使用。

4.2 滾桶器改造的具體實(shí)施方案

首先對美國西庫滾桶器進(jìn)行測繪、繪圖、設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行加工、施工、安裝。

進(jìn)行測繪，可知原美國西庫滾桶器電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為1720r/min，功率為1.5kw，電機(jī)軸徑為φ38mm。主動鏈輪19齒，從動鏈輪45齒。蝸輪42齒，蝸桿頭數(shù)為1。

設(shè)計(jì)改造為：主動軸、從動軸由原來的φ38mm改為φ40mm，主、從動軸鏈輪平鍵由10×8mm改為12×8mm，采用45號鋼加工。

將蝸輪、蝸桿減速機(jī)輸出功率選配為2.2kw，與電機(jī)功率匹配為2.2kw。

電機(jī)功率由原來的1.5kw選配提升為2.2kw電機(jī)。同時電機(jī)軸頭直徑由φ20mm改為φ30mm，同時電機(jī)軸頭鍵由6×6mm改為10×8mm，采用45號鋼加工，平鍵材質(zhì)均采用抗拉強(qiáng)度不小于600MPa的45號鋼。熱處理要求為調(diào)質(zhì)HRC28-32，淬火硬度：HRC40-45。

4.3 滾桶器改造理論計(jì)算

從動軸為45號鋼的實(shí)心軸，查得材料的許用切應(yīng)力[τ] =40Mpa，許用單位長度扭轉(zhuǎn)角[θ] =1o/m，切變模量G=80GPa，軸的直徑D=40mm，試校核從動軸的強(qiáng)度和剛度。

故傳動軸的剛度足夠。

4.4 平鍵強(qiáng)度計(jì)算

平鍵受力分析圖如下：

聯(lián)軸器電機(jī)軸頭處選擇普通平鍵鍵為10×8mmb=10mmh=8mml=30mm

設(shè)定載荷在鍵的工作面上均勻分布，滾桶器電機(jī)軸頭鍵屬于存在磨損的動聯(lián)接，其強(qiáng)度條件為

結(jié)論：

當(dāng)前階段煤化工聚丙烯裝置生產(chǎn)中使用該形式滾筒器在我國使用較為廣泛，本文筆者主要從國外及國內(nèi)的滾筒器的相關(guān)原理及具體的結(jié)構(gòu)來分析相應(yīng)的改造方案，為更好的提升我國滾筒器的使用效果奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝曉蘭，林麗芹，謝秀利，袁俊生.立足區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綠色石油化工產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)專業(yè)群的構(gòu)建和實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2018（39）：181-184.