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，裝置設計能力未7萬t/a。螺旋沉降離心機是該工藝流程中用于分離己烷溶劑和聚乙烯粉料的關鍵設備。裝置投產初期，因轉鼓轉速過高引起扭矩過高，致使離心機頻繁停車，無法正常運轉，生產不能連續穩定地進行。

1 離心機概況

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

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

裝置投產初期，離心機運行不正常，在不到半年的時間里，因各種原因停車多達70余次，其中突出的原因是扭矩過高聯鎖停車，或因剪切銷剪斷而跳車。

2 離心機扭矩偏高的原因分析

2.1 理論分析

根據力矩平衡原理，設定逆時針方向為正向，分別對離心機3個傳動部件差速器、外轉鼓、內轉鼓做力矩分析。

在差速器平穩運行時，如果不考慮摩擦損失，整個行星齒輪傳動系上力矩代數和應為零，輸入和輸出功率的代數和也為零。

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

離心機的扭矩與分離因數成正比，與負荷成正比。因為分離因數與轉鼓轉速的平方成正比，與轉鼓半徑成正比，所以，離心機的扭矩與轉鼓轉速的平方成正比。

通過以上分析，得出下面結論：在轉鼓尺寸一定的條件下，離心機的扭矩受轉鼓轉速及負荷的影響。在負荷一定的條件下，離心機的扭矩只受轉速的影響。

2.2 同類裝置離心機參數的比較

蘭州石化7萬t/a HDPE裝置的設計是采用揚子石化公司（以下簡稱揚子）同類生產線工藝，由于考慮到以后的擴容問題，蘭化離心機在設計時生產能力由7萬t/a改擴到了10萬t/a，處理量由9t/h增加到13t/h。技術參數也做了相應的調整。2套裝置離心機的參數大端直徑D、轉速n、分離因數Z（n2·D/2g）如下表所示：

從2套裝置離心機的參數可以看出，蘭州石化離心機生產能力的提高在設計上是通過增大轉鼓直徑及提高轉鼓轉速來實現的。

離心機轉鼓按照 標準，離心機轉鼓的基本參數符合下表的規定：

從上表的參數可以看出，按照臥式螺旋卸料沉降離心機制造的 標準，隨著離心機轉鼓直徑的增大，轉鼓轉速和分離因數相應地在減小。揚子離心機的基本參數與 標準規定的技術參數基本吻合，而蘭州石化離心機的基本參數與國標規定的技術參數相差甚遠，轉速和分離因數明顯偏大，違背了離心機直徑越大，轉速和分離因數應相應減小的規律。

因此，可以斷定離心機故障是轉鼓轉速過高造成的。

3 改造效果

3.1 改造方案

因為離心機扭矩與分離因數成正比，分離因數與轉鼓轉速的平方成正比，所以，降低離心機扭矩較便捷的方法是降低轉鼓的轉速，在電機一定即輸入轉速不變的前提下，減小電機皮帶輪或增大轉鼓皮帶輪均可降低轉鼓轉速，但比較而言，減小電機皮帶輪的方法更為簡單可行。因此，參照其他裝置的技術參數，將電機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

電機皮帶輪減小后，離心機扭矩應有較大降低。以離心機負荷為13t/h（聚合投料量9t/h）為例進行計算，得到2種皮帶輪分別對應的轉鼓所受總扭矩值及差速器一級太陽輪所受扭矩值如下表所示：

上表所列數據是忽略了液相己烷對轉鼓產生的扭矩，且將渣料濕含量看作均衡的30%計算得出的。由于液相己烷也會對轉鼓產生微小的扭矩，渣料濕含量在整個出料段是逐漸降低的，在出料段起始部分其濕含量要遠遠高于30%，所以，上表所列扭矩值比實際扭矩值要稍偏低。

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

3.3 改造后實測扭矩

電機皮帶輪減小后，在負荷為13t/h時，實際測得離心機扭矩M1保持在9.5～10.8之間，與上表計算值基本吻合。

4 結論

（1）蘭州石化7萬t/a HDPE裝置離心機的擴容設計選用轉速偏高，超出了離心機轉速規定指標，由此引起了設備在投運后的一段時間內無法正常平穩運行。

（2）在保證目前生產負荷13t/h的前提下，設備轉速由1580r/min降低為1434r/min，從根本上改善了離心機的運行狀況，運行周期長達半年以上。由此可見，對離心機故障的原因分析是準確的，改造的費用不高，措施簡單，實用有效，達到了預期的目的。

（3）改造后渣料濕含量無明顯增大，也能滿足7萬t/a的生產能力。但改造后機組實際上負荷能達到多少，改造后是否會帶來其他問題，還有待于進一步考核。