PVC干燥系统离心机故障分析
新疆中泰化学股份有限公司（以下简称新疆中泰）依靠大的市场环境，根据国家西部大开发政策，依托新疆的资源优势，由一个中小型化工企业发展到目前拥有４个生产基地的股份制上市公司。随着企业生产规模的不断扩大，ＰＶＣ干燥系统的离心机经常出现故障，成为生产过程中的一个瓶颈，ＰＶＣ树脂分离所用离心机为重庆江北机械有限公司生产的Ｄ５ＭＣ、Ｄ６ＮＣ卧式螺旋卸料沉降式离心机，因为该设备的设计和制造技术都比较成熟，所以根据实际情况，从工艺、安装、操作、维护保养方面对设备故障进行了全面分析，制定了解决方案，并取得了很好的经济效益。
１ ＰＶＣ干燥工艺
ＰＶＣ干燥工艺流程见图１。聚合车间将浆料送往干燥工序的浆料槽，此时ＰＶＣ树脂浆料含固量在３０％左右，通过浆料泵输送到离心机，经离心机离心脱水，从湿物料储斗到螺旋输送机，再送入气流干燥床与热风（主风机将冷风送入空气加热器与蒸汽进行换热）进行热交换，脱除树脂表面的水分，经初步干燥的树脂通过旋风干燥床深度干燥后，树脂水含量降至５％以下，干燥后的树脂经旋风分离器后进入振动筛，筛分后合格的树脂进入仓泵，再用冷风将物料输送至混料仓进行包装，包装袋包装量为（２５±０．２）ｋｇ，采用全自动包装系统输送至规定地点，分批码放。
２ 离心机工作原理及特性
２．１ 离心机工作原理离心机是利用离心力进行液固分离的设备，其主要结构如图２所示。在主机上装有两个转子，外转子是一个起沉降作用的锥形转鼓，两端固定在机座上，由右边的皮带轮一带动旋转，内转子为一个在空心轴上装有锥形叶片的螺旋推料器，它由右端皮带轮二带动差速器运转，旋转方向与转筒相同，差速器为摆线针轮减速器。螺旋推料器转速一般比转鼓快２０～５０ｒ／ｍｉｎ（但也有慢２０～５０ｒ／ｍｉｎ），该差值一般是转鼓转速的１％～２％，通常称为差转速［１］。差转速使螺旋推料器的螺旋叶片与转鼓内壁间有相对运动，因而螺旋推料器可以推送固体物料。当悬浮液从中心进料管连续加入时，由于转鼓回转产生的离心力作用，物料聚集在转鼓大端，形成一沉降区。在沉降区里，悬浮液中的固相物料受离心力的作用而沉降到转鼓内壁上，并被螺旋推料器送到转鼓小端的干燥区，最后从卸渣口甩出。锥形转鼓大端的端面上开有４个圆形口，达到一定深度的澄清液从溢流口流出，这样就实现了固、液分离。
２．２ 设备参数
离心机参数见表１。
２．３ 设计参数
（１）离心力
当一物体绕一中心轴作匀速圆周运动时，则有向心力作用在该物体上，力的方向沿半径指向轴心，根据牛顿第二运动定律可知，必定产生一个大小相等、方向相反的力，此力称为离心力，离心力的大小与旋转物体的质量、转速和旋转半径有关，可用下式表示：
Ｆｅ＝ｍＲω２＝２π２ｍＤｎｆ２，
式中：Ｆｅ为离心力，Ｎ；
ｍ为旋转物体的质量，ｋｇ；
Ｒ为转鼓的旋转半径，ｍ；
Ｄ为转鼓的直径，ｍ；
ω为转鼓的角速度，ｒａｄ／ｓ；
ｎｆ为转鼓的转速，ｒ／ｍｉｎ。
（２）分离因数
分离因数是离心机的主要技术参数之一，分离因数越高，分离能力越强。分离因数的计算如下：
Ｆｒ＝ω２Ｒ／ｇ，
式中：Ｆｒ为离心机的分离因数；
ω为转鼓的角速度，ｒａｄ／ｓ；
ｇ为重力加速度，ｍ／ｓ２；
Ｒ为回转半径，ｍ。
从上式可看出，离心机的分离因数与角速度的平方成正比，与回转半径成正比；提高分离因数最有效的办法是增加转速。但增加转速会增大螺旋和差速器上的扭矩，Ｄ６ＮＣ离心机分离因数为２１００。
（３）差转速
离心机的差转速是指转鼓和螺旋输送器之间的转速差，差转速的计算方法如下：
Δｎ＝（ｎｂ－ｎｈ）／ｉ，
式中：ｎｂ为转鼓转速，ｒ／ｍｉｎ；
ｎｈ为输入轴转速，ｒ／ｍｉｎ；
ｉ为差速器速比；Δｎ为差转速，ｒ／ｍｉｎ。
差转速的大小对离心机的分离效果和离心机差速器的推渣扭矩均有明显影响。差转速越大，离心机的处理能力越大，但沉渣的含湿量就越高，反之亦然，Ｄ６ＮＣ离心机的差转速为５０～５５ｒ／ｍｉｎ。
（４）长径比
卧式螺旋卸料沉降离心机的长径比是指离心机转鼓的有效长度与转鼓直径之比。长径比越大，物料在离心机内的停留时间越长，因此分离效果就越理想；但离心机的长径比过大，会增加离心机的推渣阻力，影响其产量，Ｄ６ＮＣ离心机的长径比为２．７∶１。
（５）液池深度
液池深度与脱水区和沉降区的长度是相互关联的，在转鼓转速和差转速一定的情况下，若液池深度小，则沉渣含湿量下降，但螺旋推渣扭矩增大；若液池深度大，则清液跑料量小，固相提取量高。Ｄ６ＮＣ离心机的液池深度可通过溢流挡板进行无级调整，以便获得最佳参数。
３ 离心机故障及分析
３．１ 常见故障
（１）振动较大，造成轴承寿命缩短，旋转零部件疲劳损坏。
（２）离心机发出异常噪声。
（３）轴承和差速器发热，温度超过允许使用温度（最高使用温度为８５℃）。
（４）主电机电流超过额定电流，电机在超负荷下运行。
（５）沉渣含湿量太大。
（６）螺旋和转鼓之间没有差转速，限矩环的弹性体被剪断。
（７）产品产量达不到设计要求。
３．２ 故障分析
３．２．１ 安装问题
（１）因为离心机是一种高速旋转的精密机器，所以对安装要求非常高。离心机纵横两个方向上的水平度允差为０．１０ｍｍ／１０００ｍｍ，Ｄ６ＮＣ离心机长为４５４１ｍｍ，允差为０．４５ｍｍ；宽为１４０４ｍｍ，允差为０．１４ｍｍ。经检查，新疆中泰安装的离心机纵横两个方向上都超过允许范围，特别是纵向对离心机影响较大，造成分离液不能迅速排出转鼓，沉渣含湿量大。
（２）排液口水平度向上倾斜，分离液排出不畅，母液含固量增加，根据经验，其实排液口稍微向下倾斜，更有利于固液分离。
（３）转鼓排气管设计较小，由于ＰＶＣ物料的温度一般在７５～８０℃，所产生的热气必须顺畅排出，否则会造成转鼓内产生微正压，产生喷料现象。
（４）安装环境温度较高，由于干燥厂房温度一般在３０～４０℃，离心机又是不间歇连续运转，如现场环境温度高，通风不畅，设备产生的热量无法排出，会直接影响离心机的正常运行。
３．２．２ 工艺问题
（１）进料浓度不均匀。控制进料浓度对离心机是非常重要的，进料浓度不均匀会使机组振动较大，且进料浓度过大，容易使螺旋积料，电机负荷增大。浆料浓度太低，影响产量，机组效率较低。ＰＶＣ物料的质量分数一般在２５％～３０％。
（２）进料阀门设计不合理。目前离心机进料阀门普遍选用气动阀，但阀门的大小必须与离心机相匹配。若阀门过小，会导致进料不畅；若阀门过大，则很难控制，容易导致离心机堵料。
（３）物料太细。ＰＶＣ树脂是由氯乙烯单体聚合而成的高分子化合物，国内工业生产的ＰＶＣ平均聚合度为５９０～１５００，颗粒直径通常在６０～１５０μｍ［２］。如果物料太细，造成摩擦力减小，物料容易在转鼓内结成塑化片，造成机组振动较大，机械部分损坏。
３．２．３ 操作问题
（１）在离心机开停机时必须冲洗机组约１０ｍｉｎ，否则会造成转鼓和螺旋内积料，影响机组动静平衡，造成旋转零部件疲劳损坏，操作人员应严格遵守。为了保证设备长期稳定运行，新疆中泰要求离心机连续运行８ｈ后，操作人员必须冲洗机组１次，以防止ＰＶＣ树脂颗粒在进料管和转鼓内存积，产生塑化片。
（２）操作时由于出料螺旋输送机调节转速较慢，不能迅速地将离心机物料排出，造成离心机积料，限矩环的弹性体被剪断，严重时可能产生设备事故。
（３）ＰＶＣ生产的干燥工艺一定要控制好浆料槽的液位，如液位高，浆料太稀，影响离心机出力率；但液位低，浆料太浓，会造成离心机负荷增大。３．
２．４ 维护保养
（１）经常检查皮带松紧程度。离心机首次运转８ｈ后，应张紧皮带１次，以后每月张紧皮带１次。皮带的松紧要适当，若未张紧，则皮带打滑；若张得过紧，则皮带寿命会缩短，且增加轴承负荷。
（２）注意加强润滑管理。离心机出厂前，各润滑部位内已填满了规定牌号的润滑脂，累积运行１０００～２０００ｈ，应更换润滑脂。平时加入润滑脂的量要适当，否则会造成轴承过热。Ｄ６ＮＣ离心机轴承采用７０１９（２＃）极压锂基脂，差速器润滑脂采用７４１２（０００＃）半流体润滑脂，通过压杆式油枪加入。根据新疆中泰的经验可知，轴承每天（特别是在夏季）适当补充润滑脂，差速器每１５天更换１次润滑脂，可大大延长设备的使用寿命。
４ 结 论
因为ＰＶＣ干燥工序是树脂生产中的最后一道工序，离心机的运行直接影响工艺平衡控制和产品产量。所以要加强工艺控制、生产操作和设备的维护保养，这样不仅可延长设备的检修周期，而且可以保证设备长期、稳定、高效地运行，取得良好的经济效益。
［参考文献］
［１］黄仕年．化工机器［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９４．
［２］严福英．聚氯乙烯工艺学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９０．［编辑：陈立春］
(来源：互联网|#
１ ＰＶＣ干燥工艺
ＰＶＣ干燥工艺流程见图１。聚合车间将浆料送往干燥工序的浆料槽，此时ＰＶＣ树脂浆料含固量在３０％左右，通过浆料泵输送到离心机，经离心机离心脱水，从湿物料储斗到螺旋输送机，再送入气流干燥床与热风（主风机将冷风送入空气加热器与蒸汽进行换热）进行热交换，脱除树脂表面的水分，经初步干燥的树脂通过旋风干燥床深度干燥后，树脂水含量降至５％以下，干燥后的树脂经旋风分离器后进入振动筛，筛分后合格的树脂进入仓泵，再用冷风将物料输送至混料仓进行包装，包装袋包装量为（２５±０．２）ｋｇ，采用全自动包装系统输送至规定地点，分批码放。
２ 离心机工作原理及特性
２．１ 离心机工作原理离心机是利用离心力进行液固分离的设备，其主要结构如图２所示。在主机上装有两个转子，外转子是一个起沉降作用的锥形转鼓，两端固定在机座上，由右边的皮带轮一带动旋转，内转子为一个在空心轴上装有锥形叶片的螺旋推料器，它由右端皮带轮二带动差速器运转，旋转方向与转筒相同，差速器为摆线针轮减速器。螺旋推料器转速一般比转鼓快２０～５０ｒ／ｍｉｎ（但也有慢２０～５０ｒ／ｍｉｎ），该差值一般是转鼓转速的１％～２％，通常称为差转速［１］。差转速使螺旋推料器的螺旋叶片与转鼓内壁间有相对运动，因而螺旋推料器可以推送固体物料。当悬浮液从中心进料管连续加入时，由于转鼓回转产生的离心力作用，物料聚集在转鼓大端，形成一沉降区。在沉降区里，悬浮液中的固相物料受离心力的作用而沉降到转鼓内壁上，并被螺旋推料器送到转鼓小端的干燥区，最后从卸渣口甩出。锥形转鼓大端的端面上开有４个圆形口，达到一定深度的澄清液从溢流口流出，这样就实现了固、液分离。
２．２ 设备参数
离心机参数见表１。
２．３ 设计参数
（１）离心力
当一物体绕一中心轴作匀速圆周运动时，则有向心力作用在该物体上，力的方向沿半径指向轴心，根据牛顿第二运动定律可知，必定产生一个大小相等、方向相反的力，此力称为离心力，离心力的大小与旋转物体的质量、转速和旋转半径有关，可用下式表示：
Ｆｅ＝ｍＲω２＝２π２ｍＤｎｆ２，
式中：Ｆｅ为离心力，Ｎ；
ｍ为旋转物体的质量，ｋｇ；
Ｒ为转鼓的旋转半径，ｍ；
Ｄ为转鼓的直径，ｍ；
ω为转鼓的角速度，ｒａｄ／ｓ；
ｎｆ为转鼓的转速，ｒ／ｍｉｎ。
（２）分离因数
分离因数是离心机的主要技术参数之一，分离因数越高，分离能力越强。分离因数的计算如下：
Ｆｒ＝ω２Ｒ／ｇ，
式中：Ｆｒ为离心机的分离因数；
ω为转鼓的角速度，ｒａｄ／ｓ；
ｇ为重力加速度，ｍ／ｓ２；
Ｒ为回转半径，ｍ。
从上式可看出，离心机的分离因数与角速度的平方成正比，与回转半径成正比；提高分离因数最有效的办法是增加转速。但增加转速会增大螺旋和差速器上的扭矩，Ｄ６ＮＣ离心机分离因数为２１００。
（３）差转速
离心机的差转速是指转鼓和螺旋输送器之间的转速差，差转速的计算方法如下：
Δｎ＝（ｎｂ－ｎｈ）／ｉ，
式中：ｎｂ为转鼓转速，ｒ／ｍｉｎ；
ｎｈ为输入轴转速，ｒ／ｍｉｎ；
ｉ为差速器速比；Δｎ为差转速，ｒ／ｍｉｎ。
差转速的大小对离心机的分离效果和离心机差速器的推渣扭矩均有明显影响。差转速越大，离心机的处理能力越大，但沉渣的含湿量就越高，反之亦然，Ｄ６ＮＣ离心机的差转速为５０～５５ｒ／ｍｉｎ。
（４）长径比
卧式螺旋卸料沉降离心机的长径比是指离心机转鼓的有效长度与转鼓直径之比。长径比越大，物料在离心机内的停留时间越长，因此分离效果就越理想；但离心机的长径比过大，会增加离心机的推渣阻力，影响其产量，Ｄ６ＮＣ离心机的长径比为２．７∶１。
（５）液池深度
液池深度与脱水区和沉降区的长度是相互关联的，在转鼓转速和差转速一定的情况下，若液池深度小，则沉渣含湿量下降，但螺旋推渣扭矩增大；若液池深度大，则清液跑料量小，固相提取量高。Ｄ６ＮＣ离心机的液池深度可通过溢流挡板进行无级调整，以便获得最佳参数。
３ 离心机故障及分析
３．１ 常见故障
（１）振动较大，造成轴承寿命缩短，旋转零部件疲劳损坏。
（２）离心机发出异常噪声。
（３）轴承和差速器发热，温度超过允许使用温度（最高使用温度为８５℃）。
（４）主电机电流超过额定电流，电机在超负荷下运行。
（５）沉渣含湿量太大。
（６）螺旋和转鼓之间没有差转速，限矩环的弹性体被剪断。
（７）产品产量达不到设计要求。
３．２ 故障分析
３．２．１ 安装问题
（１）因为离心机是一种高速旋转的精密机器，所以对安装要求非常高。离心机纵横两个方向上的水平度允差为０．１０ｍｍ／１０００ｍｍ，Ｄ６ＮＣ离心机长为４５４１ｍｍ，允差为０．４５ｍｍ；宽为１４０４ｍｍ，允差为０．１４ｍｍ。经检查，新疆中泰安装的离心机纵横两个方向上都超过允许范围，特别是纵向对离心机影响较大，造成分离液不能迅速排出转鼓，沉渣含湿量大。
（２）排液口水平度向上倾斜，分离液排出不畅，母液含固量增加，根据经验，其实排液口稍微向下倾斜，更有利于固液分离。
（３）转鼓排气管设计较小，由于ＰＶＣ物料的温度一般在７５～８０℃，所产生的热气必须顺畅排出，否则会造成转鼓内产生微正压，产生喷料现象。
（４）安装环境温度较高，由于干燥厂房温度一般在３０～４０℃，离心机又是不间歇连续运转，如现场环境温度高，通风不畅，设备产生的热量无法排出，会直接影响离心机的正常运行。
３．２．２ 工艺问题
（１）进料浓度不均匀。控制进料浓度对离心机是非常重要的，进料浓度不均匀会使机组振动较大，且进料浓度过大，容易使螺旋积料，电机负荷增大。浆料浓度太低，影响产量，机组效率较低。ＰＶＣ物料的质量分数一般在２５％～３０％。
（２）进料阀门设计不合理。目前离心机进料阀门普遍选用气动阀，但阀门的大小必须与离心机相匹配。若阀门过小，会导致进料不畅；若阀门过大，则很难控制，容易导致离心机堵料。
（３）物料太细。ＰＶＣ树脂是由氯乙烯单体聚合而成的高分子化合物，国内工业生产的ＰＶＣ平均聚合度为５９０～１５００，颗粒直径通常在６０～１５０μｍ［２］。如果物料太细，造成摩擦力减小，物料容易在转鼓内结成塑化片，造成机组振动较大，机械部分损坏。
３．２．３ 操作问题
（１）在离心机开停机时必须冲洗机组约１０ｍｉｎ，否则会造成转鼓和螺旋内积料，影响机组动静平衡，造成旋转零部件疲劳损坏，操作人员应严格遵守。为了保证设备长期稳定运行，新疆中泰要求离心机连续运行８ｈ后，操作人员必须冲洗机组１次，以防止ＰＶＣ树脂颗粒在进料管和转鼓内存积，产生塑化片。
（２）操作时由于出料螺旋输送机调节转速较慢，不能迅速地将离心机物料排出，造成离心机积料，限矩环的弹性体被剪断，严重时可能产生设备事故。
（３）ＰＶＣ生产的干燥工艺一定要控制好浆料槽的液位，如液位高，浆料太稀，影响离心机出力率；但液位低，浆料太浓，会造成离心机负荷增大。３．
２．４ 维护保养
（１）经常检查皮带松紧程度。离心机首次运转８ｈ后，应张紧皮带１次，以后每月张紧皮带１次。皮带的松紧要适当，若未张紧，则皮带打滑；若张得过紧，则皮带寿命会缩短，且增加轴承负荷。
（２）注意加强润滑管理。离心机出厂前，各润滑部位内已填满了规定牌号的润滑脂，累积运行１０００～２０００ｈ，应更换润滑脂。平时加入润滑脂的量要适当，否则会造成轴承过热。Ｄ６ＮＣ离心机轴承采用７０１９（２＃）极压锂基脂，差速器润滑脂采用７４１２（０００＃）半流体润滑脂，通过压杆式油枪加入。根据新疆中泰的经验可知，轴承每天（特别是在夏季）适当补充润滑脂，差速器每１５天更换１次润滑脂，可大大延长设备的使用寿命。
４ 结 论
因为ＰＶＣ干燥工序是树脂生产中的最后一道工序，离心机的运行直接影响工艺平衡控制和产品产量。所以要加强工艺控制、生产操作和设备的维护保养，这样不仅可延长设备的检修周期，而且可以保证设备长期、稳定、高效地运行，取得良好的经济效益。
［参考文献］
［１］黄仕年．化工机器［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９４．
［２］严福英．聚氯乙烯工艺学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９０．［编辑：陈立春］
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