旋轉(zhuǎn)加料器常見故障分析與處理

華 強

（中國石化鎮(zhèn)海煉化公司，浙江寧波 315207）

0 引言

旋轉(zhuǎn)加料器在聚烯烴行業(yè)中很重要，設(shè)備故障可能導(dǎo)致擠壓造粒機組的停車、裝置停工。通過梳理多年的檢修案例，該類設(shè)備常見故障可分為下料能力不足和卡澀。下面主要介紹以上兩類故障的現(xiàn)象和處理方法，并提出改進(jìn)措施。

1 旋轉(zhuǎn)加料器工作原理

旋轉(zhuǎn)加料器主要用于粉料、粒料等固體物料的氣力輸送系統(tǒng)和計量，它既能連續(xù)供料、又能阻止輸送、密封等氣體向加料器上游工段的流動。

該設(shè)備由殼體、星形輪、減速機、驅(qū)動電機等組成。星形輪由輪轂和一定數(shù)量的葉片組成，相鄰葉片及對應(yīng)的部分殼體構(gòu)成若干個獨立的密閉空間，星形輪在傳動裝置帶動下轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)物料的輸送和計量。填充率、物料的堆密度、星形輪的轉(zhuǎn)速等參數(shù)，決定了下料能力，控制下料器的轉(zhuǎn)速，實際生產(chǎn)中主要通過轉(zhuǎn)速控制物料的通過量。

2 旋轉(zhuǎn)加料器常見故障分析與處理

2.1 旋轉(zhuǎn)加料器下料能力不足

隨著乙烯裝置的擴能改造，下游聚烯烴裝置也在同步提高負(fù)荷，部分加料器下料不足的問題日漸突出。下面以聚乙烯某旋轉(zhuǎn)加料器為例，對如何提高旋轉(zhuǎn)加料器下料能力進(jìn)行探討。該設(shè)備主要用途是將粉料送往混煉輸送機，向擠壓造粒機組供料。一旦設(shè)備停運，將造成擠壓造粒機組停機。自2010年初裝置開車至今，曾發(fā)生過數(shù)次積料，影響裝置正常生產(chǎn)。

2.1.1 影響下料能力的因素分析

旋轉(zhuǎn)加料器的下料能力主要由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的幾何卸出能力、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、物料的堆積密度，以及容積效率等因素決定，具體公式如下：

式中 G——輸送能力，t/h

V1——轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的幾何卸出容積，m3

n——轉(zhuǎn)速，r/min

η——容積效率

ρ——物料的堆積密度，t/m3

由式（1）可知，提高下料能力可以通過增加V1、n、η、ρ 來實現(xiàn)。該轉(zhuǎn)子有10 個葉片，填充率在100%情況下，V1為0.23 m3；轉(zhuǎn)速n 由變頻電機控制，通過雙排滾子鏈條驅(qū)動；容積效率η即填充率，取決于進(jìn)出口差壓、物料特性、轉(zhuǎn)速等；轉(zhuǎn)子葉片結(jié)垢或者間隙過大會造成填充率降低；物料的堆積密度ρ 取決于物料特性，與催化劑的種類有關(guān)系，對于線性低密度聚乙烯粉料堆積密度在0.31～0.36 t/m3。

該旋轉(zhuǎn)加料器設(shè)計負(fù)荷為70 t/h，裝置正常生產(chǎn)負(fù)荷58 t/h，對應(yīng)的變頻器PV 值在80%（40 Hz），對應(yīng)轉(zhuǎn)速為16 r/min；2011年5月至9月期間該加料器轉(zhuǎn)速持續(xù)升高，8月11日S6213 變頻器提升到100%（50 Hz），對應(yīng)轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到最大值19 r/min，但是仍然不能滿足生產(chǎn)要求。初步判斷粉料流動性變差，S-6213的填充率下降，受此影響裝置負(fù)荷只有97.47%。

可知，填充率從95%下降至78%，判斷轉(zhuǎn)子內(nèi)部已經(jīng)結(jié)垢。安排停工消缺，拆檢發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重。

2.1.2 提高下料能力的措施

2.1.2.1 提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

旋轉(zhuǎn)加料器的輸送能力與轉(zhuǎn)速成正比，葉片圓周速度必須在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)速度超過這個范圍時，下料能力隨著轉(zhuǎn)速的增加而減少。根據(jù)廠家提供的資料，當(dāng)轉(zhuǎn)子直徑在600～800 mm時，其轉(zhuǎn)速范圍在20～30 r/min 比較合適。而目前最大轉(zhuǎn)速為19 r/min，轉(zhuǎn)速還有提升的余地。具體有以下3 種方法：

（1）修改變頻器設(shè)定值。調(diào)試時變頻器設(shè)定為最大50 Hz，對應(yīng)速度為19 r/min?？梢酝ㄟ^修改變頻器設(shè)定的最大頻率來提高轉(zhuǎn)速，比如將最大頻率設(shè)為60 Hz，則在100%驅(qū)動命令下轉(zhuǎn)速可達(dá)22.8 r/min，下料能力可以達(dá)到～300 m3/h (～90 t/h)。

（2）更換電機。電機轉(zhuǎn)速與頻率的公式

式中 n——電機的轉(zhuǎn)速，r/min

f——電源頻率，Hz

p——電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)

在變頻器設(shè)定值一定時，電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)越多，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速就越低。目前電機額定轉(zhuǎn)速為1430 r/min，若更換為極數(shù)對P=1 時，電機額定轉(zhuǎn)速可達(dá)2900 r/min，可以達(dá)到提高轉(zhuǎn)速的效果。

（3）改變鏈傳動的傳動比。對于鏈輪系，鏈輪傳動的傳動比i=n1/n2=z1/z2。其中，n1和n2分別為主動輪轉(zhuǎn)速、從動輪轉(zhuǎn)速；z1和z2分別為主動輪齒數(shù)、從動輪齒數(shù)。

因為減速箱輸出轉(zhuǎn)速=電機輸出轉(zhuǎn)速÷速比，所以可以采用速比較低的減速箱，來達(dá)到提高轉(zhuǎn)子運行速度的要求。

2.1.2.2 提高容積效率

容積效率n 即填充率，它取決于進(jìn)出口差壓、物料特性、轉(zhuǎn)速等，轉(zhuǎn)子葉片結(jié)垢，以及轉(zhuǎn)子與殼體的間隙過大也會造成填充率降低，剛投用的新旋轉(zhuǎn)加料器容積效率能達(dá)到95%以上。一旦發(fā)生粉料結(jié)垢，填充率會大大降低。S-6213 屬于重力流下料，不會受進(jìn)出口差壓影響；但對于氣力輸送而言，就要考慮漏氣量，也就是轉(zhuǎn)子與殼體的徑向間隙和軸向間隙。這一故障的主要處理措施有兩種。

一是轉(zhuǎn)子改型。該轉(zhuǎn)子有10 個葉片，每個葉片外緣用螺栓固定再鑲了一圈；這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子使得粉料很容易粘附?？梢蕴岣咿D(zhuǎn)子表面光潔度，選擇圓底拋光固定葉片轉(zhuǎn)子，甚至可以涂覆特氟隆，改善轉(zhuǎn)子結(jié)垢情況。為了改善結(jié)垢狀況，2011年9月停工消缺時在S-6213 殼體上鉆了4 個吹掃孔，接氮氣疏松殘留在葉片上的粉料，防止其附著在轉(zhuǎn)子上并越壓越緊。從改造后使用情況來看，效果比較明顯。

二是調(diào)整殼體間隙。對于氣力輸送情況，殼體與轉(zhuǎn)子的間隙要求較高：間隙過大，則會產(chǎn)生較大的漏氣量，從而影響物料的正常輸送；但間隙過小，設(shè)備運行過程中受環(huán)境及物料溫度影響。因此，必須考慮材料的熱膨脹系數(shù)，即使選用同種材料，在物料與環(huán)境溫差較大的情況下，殼體和轉(zhuǎn)子的熱膨脹量也會有差異。在實際使用過程中，尤其在冬季氣溫較低的情況下，殼體的膨脹量小于轉(zhuǎn)子的膨脹量，就有可能造成卡死?？梢圆扇んw外部保溫或伴熱等形式，降低溫差，確保徑向間隙和軸向間隙在規(guī)定的范圍內(nèi)。

2.2 旋轉(zhuǎn)加料器卡澀

2.2.1 旋轉(zhuǎn)閥卡澀情況分析

2009年11月13日：RF805 電機過載，盤車重；拆電機風(fēng)葉罩殼盤車，開機試運行，發(fā)現(xiàn)機殼內(nèi)有明顯噪聲（類似金屬敲擊）。鏈輪及兩側(cè)軸承壓蓋拆除，發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動端軸承內(nèi)有大量粉料且已經(jīng)融化，冷卻后凝固導(dǎo)致軸承卡澀。

2010年12月31日：RF800A 旋轉(zhuǎn)閥卡，拆檢發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)閥葉輪與殼體間隙較小，部分料進(jìn)入葉輪與殼體之間，經(jīng)過擠壓附著轉(zhuǎn)子頂部，造成卡澀。

2011年2月28日：S-5631 旋轉(zhuǎn)閥卡住跳車，分析認(rèn)為，殼體溫度較低膨脹量小于轉(zhuǎn)子膨脹量是轉(zhuǎn)子卡住的主要因素。

對上述故障現(xiàn)象進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)加料器類轉(zhuǎn)動設(shè)備輸送介質(zhì)為粒狀或粉狀物料，一旦填料、軸承發(fā)生故障或殼體間隙調(diào)整不合理，轉(zhuǎn)子和殼體很容易發(fā)生卡死現(xiàn)象。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)加料器卡澀處理方法

上述故障中，旋轉(zhuǎn)加料器卡澀主要是由于物料通過填料，進(jìn)入封閉軸承導(dǎo)致轉(zhuǎn)子卡死。另外，物料積聚在殼體表面導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與殼體卡澀，以及殼體與轉(zhuǎn)子的熱膨脹量不一致，在溫差較大的情況下發(fā)生卡死。

2.2.2.1 填料和軸承故障

這種結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)閥軸承緊貼著填料，一旦填料磨損嚴(yán)重或吹掃氣管口堵塞，粉料就會經(jīng)過填料到達(dá)軸承，導(dǎo)致軸承卡澀。并且在重載荷作用下，粉料有可能發(fā)生熔融聚合，將軸承卡死。這一故障的主要處理措施有兩種。

一是確保軸封吹掃氣正常。軸封吹掃目的是防止物料外漏，同時也是軸承的第一道防線；按照不同形態(tài)輸送介質(zhì)，采用不同的吹掃氣，粉料采用氮氣吹掃，粒料采用空氣吹掃。一般要求軸封吹掃氣的壓力比閥內(nèi)壓力高0.05 MPa，吹掃氣管線尺寸必須大于或等于閥體接口尺寸。通過吹掃氣入口流量計來確保流量正常，因為填料會磨損，一旦發(fā)現(xiàn)有物料從軸封漏出，需復(fù)緊填料壓蓋。

二是改變軸承位置。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)加料器軸承與軸封安裝在同一腔體內(nèi)，一旦軸封失效，粉料將進(jìn)入軸封腔到達(dá)軸承室（圖1）。如果將軸承室與軸封室隔開、中間與外界相通，這樣即使物料通過軸封泄漏也不會對軸承造成損壞。

2.2.2.2 轉(zhuǎn)子與殼體間隙不合理

轉(zhuǎn)子與殼體間隙會影響旋轉(zhuǎn)加料器的容積效率，但間隙過小將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與殼體卡澀，甚至卡死。一般在輸送粒料產(chǎn)品時，采用閉式轉(zhuǎn)子，這樣只要確保轉(zhuǎn)子與殼體的端面間隙，就可以防止粒料進(jìn)入端面間隙，而輸送過程中產(chǎn)生的粉料即使進(jìn)入端面間隙，也會被吹掃氣吹出。

圖1 軸承與填料兩種結(jié)構(gòu)對比

徑向間隙調(diào)整的原則是盡可能保證轉(zhuǎn)子與殼體的同軸度。轉(zhuǎn)子定位分定位銷和止口定位兩種，一般先通過百分表或塞尺測出單側(cè)最大間隙值，往間隙大的方向調(diào)整最大值的一半，然后再通過定位銷固定，用類似方法在上、下、左、右各取3 個數(shù)據(jù)并調(diào)整，盤車后再復(fù)測各間隙，保證轉(zhuǎn)子在殼體的中心。

端面間隙的調(diào)整，可以通過加減墊片來確保轉(zhuǎn)子與殼體的兩端間隙一致。

2.2.2.3 其他

在冬季環(huán)境溫度較低時，殼體的熱膨脹量小于轉(zhuǎn)子熱膨脹量，二者就有可能發(fā)生卡澀，增加對殼體的伴熱。下面某案例進(jìn)行分析。

式中ΔL——線膨脹量，mm

L0——原長，mm

α——線膨脹系數(shù)

ΔT——溫度差，℃

304#不銹鋼線膨脹系數(shù)為1.5×10-5，在最低設(shè)計工作溫度-10 ℃情況下，物料溫度約60 ℃，轉(zhuǎn)子長700 mm，直徑630 mm。由相關(guān)公式，可以得到轉(zhuǎn)子徑向和端面的膨脹量：徑向膨脹量=1.5×10-5×630×70=0.661 mm；端面膨脹量=1.5×10-5×700×70=0.735 mm。

實測徑向間隙的最小值為0.27 mm，端面間隙的最小值為0.24 mm，而殼體與環(huán)境溫度接近，膨脹量可以忽略，明顯徑向和端面膨脹量大于實際間隙的兩倍。通過對殼體增加蒸汽伴熱，提高殼體的熱膨脹量，消除此類故障。

3 結(jié)論

旋轉(zhuǎn)加料器作為聚烯烴產(chǎn)品輸送環(huán)節(jié)重要設(shè)備，它的穩(wěn)定運行直接影響到裝置的長周期運轉(zhuǎn)，通過對該類設(shè)備故障進(jìn)行梳理分析，提出處理與改進(jìn)措施，為設(shè)備長周期運行提供經(jīng)驗，從而確保裝置“安、平、長、穩(wěn)、優(yōu)”運行。