PVC生产中离心机振动原因分析及解决措施

荆盼龙，姜瑞霞，杜淼

(青岛海湾化学有限公司，山东 青岛 266409)

随着PVC生产规模的不断扩大，青岛海湾化学有限公司(以下简称青岛海湾)在PVC生产过程中单台聚合釜的容积改为原来的3倍，氯乙烯单体在聚合釜中聚合生成PVC悬浮液，悬浮液经汽提塔汽提后形成含水质量分数70%的PVC浆料，PVC浆料在干燥前由离心机脱水形成含水质量分数25%的滤饼，因此，离心机为脱水处理的关键设备。青岛海湾使用4台德国产卧式螺旋沉降式离心机，单台处理能力为12 t/h。该设备从2016年11月投产以来，经常因为振动而无法正常运行，成为生产过程中的一个瓶颈。

青岛海湾从工艺和操作方面对离心机振动进行了全面分析，并进行了相应改造，改造后离心机运行稳定且高效，PVC产量得到很大的提升，并取得了很好的经济效益。

1 离心机的工作原理和特性

1.1 工作原理

离心机高速旋转的转鼓中有与其旋转方向相同的螺旋输送器，螺旋输送器依靠差速器旋转速度稍低于转鼓转速。PVC浆料通过中心供料管进入离心机内，在离心力的作用下，密度大的PVC物料沉降到转鼓壁上。沉积在转筒壁上的PVC物料由螺旋输送器传送到转鼓的锥体端，从排料口排入固体集料箱，然后进入干燥系统进行干燥;澄清液流向液相排出口，经由可调节液池深度的可调节堰板排出离心机转筒[1]。

离心机结构示意图见图1。

1—供料管;2—转鼓;3—母液;4—液相排出口;5—物料;6—螺旋输送器;7—锥体端;8—固相排放口。

1.2 离心机特性

青岛海湾使用的离心机主要技术参数见表1，此外，离心机还设有轴承温度、振动速度、扭矩和功率等在线检测功能，离心机在运行过程中若有任何一个指标超过规定值，都会保护性联锁停车。

表1 离心机参数Table 1 Parameters of centrifuge

2 离心机振动原因分析及解决措施

2.1 生产过程中振动问题

青岛海湾离心机装有振动探测器，测量的数据实时传输到DCS进行检测并对离心机联锁保护，振动值若超过25 mm/s会使离心机联锁停车。从2016年11月投产以来，离心机振动异常情况如下。

(1)离心机开始进料时，振动值随着进料量的增大而增大，导致离心机负荷一直提不起来。

(2)离心机进料稳定后，随着运行时间的延续，振动会逐渐增加，为避免离心机联锁停机，只能关闭进料，用冲洗水冲洗，等振动降低后再开启进料，冲洗频次基本是每6 h 1次，从关闭进料冲洗到冲洗结束再进料需要1 h。

(3)随着运行时间的延长，离心机振动过大，报警次数增多，振动频率加大，最终运转情况恶化，离心机被迫停车。

以上问题导致青岛海湾PVC产量一直很低，且频繁地开停车使PVC质量受到影响，因此须解决离心机存在的振动问题。

2.2 离心机振动原因分析[2]

导致离心机振动的原因有很多，根据离心机振动特点和每次振动的相关因素，对离心机振动的影响因素分析如下。

2.2.1 振动特点

(1)振动烈度。

离心机的振动烈度是指离心机在运行过程中，在机座的特定点、特定方向测得的宽频(10～1 000 Hz)振动速度信号的均方根值，单位为mm/s。振动烈度与不平衡量有关，也与转鼓大小、支撑条件、运转情况等有关[3]。

(2)机械振动。

机械振动是指描述机械系统或位置的量值相对于其平均值随时间变化的现象。其中，机械系统指由质量m、刚度k和阻尼c各元素所组成的系统。按振动产生的原因可分为自由振动、受迫振动、参数振动和自激振动4类。

离心机是一种回旋机械，在理想情况下，转鼓旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的转鼓是平衡的回旋体。工程中的各种回旋体，比如离心机转鼓、螺旋输送器等零部件，由于材质或毛坯在加工中产生的误差，使回旋体在以一定的转速旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消。这样，以交变的离心惯性力为激励，通过轴承作用于机械及其基础上，就产生了振动。在查验了生产厂家设备出厂调试验收证明和现场勘测轴承等主要零部件后，排除了离心机自身影响因素。按照振动特点，青岛海湾查找了与离心机振动相关的其他影响因素。

2.2.2 相关因素[4]

(1)进料不均。

青岛海湾最初采用的离心机进料方式见图2。浆料槽出来的浆料经1台离心机进料泵打回流，回流管路分出2支路自上而下向2台离心机分别供料。离心机的进料量由调节阀控制，通过回流控制阀调节进料压力在0.2 MPa。由于2个供料管路存在先后顺序，所以同样的阀门开度，供料管路靠前的离心机比靠后的离心机功率和扭矩都大。此外，自上而下的供料方式使供料管路软连接的位置存在规律性的振动，因此，采取这种进料方式存在进料不均的情况，造成离心机进料波动。

(2)冲洗方式不到位。

离心机前期运行时，只有在开停车时用冲洗水分别对离心机转鼓和螺旋输送器进行冲洗，正常进料冲洗水均处于关闭状态。采取此种冲洗方式，在设备每次解体检查时，发现总有一些PVC物料黏结在螺旋进料室内部，由于PVC物料黏度过大，不能及时排出，造成物料在螺旋进料室内堆积，形成局部偏载，螺旋失去动平衡，导致离心机振动[5]。

2.3 改进措施

根据离心机振动特点和相关因素，青岛海湾从工艺和操作上对离心机采取了以下改进措施。

2.3.1 改变进料方式

浆料槽出来的浆料经离心机进料泵打回流，回流管路分出1个T形分支自下而上分别向2台离心机供料。离心机的进料量仍由调节阀控制，且进料压力控制在0.2 MPa。由于供料管路不存在先后顺序，2台离心机的供料不存在偏流。此外，自下而上的供料方式使供料管路软连接的位置也不存在规律性的振动，2因此，采取这种进料方式很好地解决了离心机进料不均的问题，避免了离心机进料波动，改进后的进料方式见图3。

1—浆料槽;2—离心机进料泵 ;3—回流控制阀;4—进料控制阀;5—软连接;6—离心机。

2.3.2 改变冲洗方式

在设计离心机时，为了防止螺旋进料室清洗不干净，在进料管外层增加了一层冲洗用的夹层套管，在冲洗时使进料室内的PVC物料及时排出，防止物料因长时间堆积变形结块而清洗不下来。清洗时，通过夹层套管和进料管使清洗液冲洗到进料室的各个方位，有效防止了清洗死角的产生。因此，青岛海湾在离心机开停车时，会开启转鼓和螺旋冲洗水进行冲洗，冲洗结束后只将转鼓冲洗水关闭，螺旋冲洗水在进料过程中会一直保持开启，这样就有效地避免了螺旋管道内PVC物料的堆积。

2.4 效果对比

4台离心机于2016年11月投入使用后，振动值一直处于11 mm/s以上，在运行一段时间后振动值经常超出限定值，造成停车。青岛海湾先后多次对振动问题进行处理，并采取过多种措施，但是问题仍未解决。直到2017年2月，青岛海湾从问题的根源进行分析，制定了以上解决方案，并安排专人跟踪处理结果。

表2是离心机FL4503A在问题解决前后进料时间、振动增幅、冲洗频次等参数对比，可以看出，改造后的离心机在各方面都有了明显的改进。

表2 离心机改造前后参数对比Table 2 Comparison of parameters of original and improved centrifuge

3 结语

干燥工序是PVC树脂生产的重要工序，而振动异常是离心机的常见故障，因此直接影响工艺平衡控制和产品产量。青岛海湾经过此次改造，离心机的运行状况大为改观，并取得了明显的效果。此外，青岛海湾还加强工艺控制、生产操作和设备的维护保养，不仅延长了设备的检修周期，而且可以保证设备长期稳定、高效地运行，取得了良好的经济效益。