蘭州石化公司（以下簡稱蘭州石化）高密度聚乙烯裝置采用三井油化淤漿法工藝，裝置設(shè)計(jì)能力未7萬t/a。螺旋沉降離心機(jī)是該工藝流程中用于分離己烷溶劑和聚乙烯粉料的關(guān)鍵設(shè)備。裝置投產(chǎn)初期，因轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速過高引起扭矩過高，致使離心機(jī)頻繁停車，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)不能連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行。

1 離心機(jī)概況

裝置使用的是吉林化學(xué)工業(yè)公司（以下簡稱吉化）機(jī)械廠制造的LWF1050-N型螺旋沉降離心機(jī)。

主要技術(shù)參數(shù)（設(shè)計(jì)值）如下：轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速n=1580r/min；轉(zhuǎn)鼓錐角2α=20°；螺旋升角β=8.2°；排渣能力Q=13t/h；分離因數(shù)Z=1465；電機(jī)功率N=185kW；電機(jī)轉(zhuǎn)速N1=988r/min；差速器比i=80/81；差動(dòng)轉(zhuǎn)速△n=19r/min；轉(zhuǎn)鼓長高L=1500mm；溢流孔直徑h=110mm；轉(zhuǎn)鼓大端直徑r1=1040mm；轉(zhuǎn)鼓小端直徑r2=820mm；皮帶輪直徑d=590mm。

裝置投產(chǎn)初期，離心機(jī)運(yùn)行不正常，在不到半年的時(shí)間里，因各種原因停車多達(dá)70余次，其中突出的原因是扭矩過高聯(lián)鎖停車，或因剪切銷剪斷而跳車。

2 離心機(jī)扭矩偏高的原因分析

2.1 理論分析

根據(jù)力矩平衡原理，設(shè)定逆時(shí)針方向?yàn)檎颍謩e對(duì)離心機(jī)3個(gè)傳動(dòng)部件差速器、外轉(zhuǎn)鼓、內(nèi)轉(zhuǎn)鼓做力矩分析。

在差速器平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，如果不考慮摩擦損失，整個(gè)行星齒輪傳動(dòng)系上力矩代數(shù)和應(yīng)為零，輸入和輸出功率的代數(shù)和也為零。

推料阻力施加給內(nèi)轉(zhuǎn)鼓的力矩是由聚乙烯粉料沉渣在轉(zhuǎn)鼓錐筒部的離心力與轉(zhuǎn)鼓壁的摩擦力及其與螺旋頁面的摩擦力所產(chǎn)生的，由于沉渣在從脫水區(qū)大端向小端出渣口運(yùn)動(dòng)的過程中，回轉(zhuǎn)半徑是逐漸減小的，離心力、螺旋升角和沉渣運(yùn)動(dòng)的方向角也隨之改變。

離心機(jī)的扭矩與分離因數(shù)成正比，與負(fù)荷成正比。因?yàn)榉蛛x因數(shù)與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的平方成正比，與轉(zhuǎn)鼓半徑成正比，所以，離心機(jī)的扭矩與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的平方成正比。

通過以上分析，得出下面結(jié)論：在轉(zhuǎn)鼓尺寸一定的條件下，離心機(jī)的扭矩受轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速及負(fù)荷的影響。在負(fù)荷一定的條件下，離心機(jī)的扭矩只受轉(zhuǎn)速的影響。

2.2 同類裝置離心機(jī)參數(shù)的比較

蘭州石化7萬t/a HDPE裝置的設(shè)計(jì)是采用揚(yáng)子石化公司（以下簡稱揚(yáng)子）同類生產(chǎn)線工藝，由于考慮到以后的擴(kuò)容問題，蘭化離心機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)生產(chǎn)能力由7萬t/a改擴(kuò)到了10萬t/a，處理量由9t/h增加到13t/h。技術(shù)參數(shù)也做了相應(yīng)的調(diào)整。2套裝置離心機(jī)的參數(shù)大端直徑D、轉(zhuǎn)速n、分離因數(shù)Z（n2·D/2g）如下表所示：

從2套裝置離心機(jī)的參數(shù)可以看出，蘭州石化離心機(jī)生產(chǎn)能力的提高在設(shè)計(jì)上是通過增大轉(zhuǎn)鼓直徑及提高轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。

離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓按照 標(biāo)準(zhǔn)，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的基本參數(shù)符合下表的規(guī)定：

從上表的參數(shù)可以看出，按照臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)制造的 標(biāo)準(zhǔn)，隨著離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓直徑的增大，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)相應(yīng)地在減小。揚(yáng)子離心機(jī)的基本參數(shù)與 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)參數(shù)基本吻合，而蘭州石化離心機(jī)的基本參數(shù)與國標(biāo)規(guī)定的技術(shù)參數(shù)相差甚遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)明顯偏大，違背了離心機(jī)直徑越大，轉(zhuǎn)速和分離因數(shù)應(yīng)相應(yīng)減小的規(guī)律。

因此，可以斷定離心機(jī)故障是轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速過高造成的。

3 改造效果

3.1 改造方案

因?yàn)殡x心機(jī)扭矩與分離因數(shù)成正比，分離因數(shù)與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以，降低離心機(jī)扭矩較便捷的方法是降低轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，在電機(jī)一定即輸入轉(zhuǎn)速不變的前提下，減小電機(jī)皮帶輪或增大轉(zhuǎn)鼓皮帶輪均可降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，但比較而言，減小電機(jī)皮帶輪的方法更為簡單可行。因此，參照其他裝置的技術(shù)參數(shù)，將電機(jī)皮帶輪直徑由原來的590mm降低到530mm。

3.2 改造后扭矩降低情況的理論推算

電機(jī)皮帶輪減小后，離心機(jī)扭矩應(yīng)有較大降低。以離心機(jī)負(fù)荷為13t/h（聚合投料量9t/h）為例進(jìn)行計(jì)算，得到2種皮帶輪分別對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)鼓所受總扭矩值及差速器一級(jí)太陽輪所受扭矩值如下表所示：

上表所列數(shù)據(jù)是忽略了液相己烷對(duì)轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生的扭矩，且將渣料濕含量看作均衡的30%計(jì)算得出的。由于液相己烷也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生微小的扭矩，渣料濕含量在整個(gè)出料段是逐漸降低的，在出料段起始部分其濕含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于30%，所以，上表所列扭矩值比實(shí)際扭矩值要稍偏低。

由上表可見，皮帶輪直徑改小后，分離因數(shù)降低近20%，離心機(jī)扭矩M1降低了約19%。

3.3 改造后實(shí)測(cè)扭矩

電機(jī)皮帶輪減小后，在負(fù)荷為13t/h時(shí)，實(shí)際測(cè)得離心機(jī)扭矩M1保持在9.5～10.8之間，與上表計(jì)算值基本吻合。

4 結(jié)論

（1）蘭州石化7萬t/a HDPE裝置離心機(jī)的擴(kuò)容設(shè)計(jì)選用轉(zhuǎn)速偏高，超出了離心機(jī)轉(zhuǎn)速規(guī)定指標(biāo)，由此引起了設(shè)備在投運(yùn)后的一段時(shí)間內(nèi)無法正常平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）在保證目前生產(chǎn)負(fù)荷13t/h的前提下，設(shè)備轉(zhuǎn)速由1580r/min降低為1434r/min，從根本上改善了離心機(jī)的運(yùn)行狀況，運(yùn)行周期長達(dá)半年以上。由此可見，對(duì)離心機(jī)故障的原因分析是準(zhǔn)確的，改造的費(fèi)用不高，措施簡單，實(shí)用有效，達(dá)到了預(yù)期的目的。

（3）改造后渣料濕含量無明顯增大，也能滿足7萬t/a的生產(chǎn)能力。但改造后機(jī)組實(shí)際上負(fù)荷能達(dá)到多少，改造后是否會(huì)帶來其他問題，還有待于進(jìn)一步考核。