浅析聚丙烯滚桶器及其改造方案

李兴成

摘 要：随着国民经济的发展，对能源需求不断扩大，我国对进口石油依存度不断升高，而少油富煤是我国的基本能源状况，为了减少对进口石油的依赖程度，大力发展煤化工产业，符合国民经济发展对能源需求的战略统筹需要，在煤化工聚丙烯装置生产过程中针对进口滚筒器设备进行国产化改造以适应装置生产需要显得尤为重要。

1滚桶器介绍、结构原理、特点、作用及重要性

1.1 滚桶器介绍

滚桶器在满足最大负荷下保持SUG催化剂活性，SUG催化剂溶液符和性能要求，保证及时添加催化剂24小时运行，在这种情况下要求催化剂具有较高活性，要求滚桶器发挥最大效能运转来保证SUG催化剂及时添加。为满足装置生产需要，滚桶器几乎是在不停地运行，最初安装为美国西库滚桶器。

1.2 滚桶器结构原理

1.2.1滚桶器结构

滚桶器由电机、蜗轮蜗杆减速机构、驱动轴、主动链轮、从动轴、从动链轮、链条、基座、支架、轴承、轴承座、捆绑器等组成。

1.2.2滚桶器原理

在电机的驱动下，经联轴器（套桶联轴器）与蜗杆轴联接，经减速器（蜗轮蜗杆减速器）蜗轮轴上的主动齿轮驱动链条，链条带动从动轴上从动链轮，经链条减速驱动从动轴转动。捆绑器将两桶催化剂固定随着轴转动。

2.催化剂作用原理

2.1 催化剂作用

催化现象是自然界中普遍存在的重要现象，催化作用几乎遍及化学反应的整个领域。催化剂作为整个化学领域中最具代表性的化学物质之一，有着举足轻重的地位。催化剂能改变反应速率，但不改变反应总标准。化学反应中由于催化剂的介入而加速或减缓化学反应速率的现象称为催化作用。在催化反应中，催化剂与反应物发生化学作用，改变了反应途径，从而改变了反应的活化能，这是催化剂得以改变反应速率的原因。如化学反应A+B→AB，所需活化能为E，加入催化剂C后，反应分两步进行，所需活化能分别为F、G，其中F、G均小于E。

2.2 催化剂的原理

在化学反应过程中有些物质自身无法完成化学反应，不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。催化剂可使化学反应物在不改变的情形下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。

在催化反应过程中，至少必须有一种反应物分子与催化剂发生了某种形式的化学作用。由于催化剂的介入，会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂在化学反应中起到的作用叫催化作用，催化剂在工业上也称为触媒。

3.丙烯聚合SUG型催化剂应用介绍、结构参数、参数对比

3.1 丙烯聚合SUG型高效催化剂应用介绍

国产丙烯聚合SUG型高效催化剂是由河北任丘利和科技发展有限公司研制。经试验，国产丙烯聚合SUG型高效催化剂的主要组成与进口催化剂相近，但微观结构与进口催化剂有一定差异，内孔略小而体积大。工业应用结果表明，SUG型催化剂的聚合活性高，生产的聚丙烯粉料堆积密度高，粒径分布窄，颗粒形态好而细分含量低，工业装置运行平稳，单耗与进口催化剂相当。

3.2 丙烯聚合SUG型高效催化剂的主要成分和结构参数

催化剂的主要成分和结构参数是决定催化剂的性能的关键指标之一。

4.滚桶器的改造方案、具体实施方案及理论计算

4.1 滚桶器的改造方案

根据以往发生故障的情况，决定对滚桶器进行改造升级，对其他附件进行测绘加工，适当升级强化改造。

自PP装置开工生产，滚桶器运转投用一段时间发生故障情况评估认为：第一，电机轴平键磨损、损坏导致传动失效的情况占第一位。就这种情况在重新设计时将电机轴及蜗杆轴径尺寸加大，同时按标准将平键尺寸放大，进行强化加固提高强度设计。针对具体采用的平键材料材质及具体尺寸进行强度校核计算以求达到满足设计要求。采用45号钢。热处理要求：调质HRC28-32，淬火硬度：HRC40-45。第二，将滚桶器从动轴轴径强化加固到φ40mm（原美国西库滚桶器从动轴轴径测绘得知为φ38mm）。采用45号钢正火处理即可。第三，对蜗轮、蜗杆减速机输出功率进行提高设计选配，那么电机功率相应匹配提高到2.0kw以上（原美国西库滚桶器电机功率为1.5kw），可对蜗轮、蜗杆减速机厂家提出技术参数要求及蜗轮、蜗杆加工材料材质提出技术要求，蜗轮加工材料材质选用速度较低的重载传动，载荷稳定的如：ZCuAl10Fe3或ZCuAl10Fe3Mn2，以保证强度和稳定性。蜗杆加工材料材质选用42CrMo，40CrNi等进行表面淬火处理，以保证耐磨性和使用的长周期可靠性。第四，对设计选定的蜗轮、蜗杆减速机及根据电机功率、转速进行蜗轮、蜗杆减速机输出轴即主动轴转速及从动轴转速的理论计算。第五，进行土建、混凝土施工，基础、基座定位依据装配图图纸进行施工，安装、定位、水平、标高、基座固定、二次灌浆、装配，具备条件调试、试车、验收交付使用。

4.2 滚桶器改造的具体实施方案

首先对美国西库滚桶器进行测绘、绘图、设计，然后进行加工、施工、安装。

进行测绘，可知原美国西库滚桶器电机转数为1720r/min，功率为1.5kw，电机轴径为φ38mm。主动链轮19齿，从动链轮45齿。蜗轮42齿，蜗杆头数为1。

设计改造为：主动轴、从动轴由原来的φ38mm改为φ40mm，主、从动轴链轮平键由10×8mm改为12×8mm，采用45号钢加工。

将蜗轮、蜗杆减速机输出功率选配为2.2kw，与电机功率匹配为2.2kw。

电机功率由原来的1.5kw选配提升为2.2kw电机。同时电机轴头直径由φ20mm改为φ30mm，同时电机轴头键由6×6mm改为10×8mm，采用45号钢加工，平键材质均采用抗拉强度不小于600MPa的45号钢。热处理要求为调质HRC28-32，淬火硬度：HRC40-45。

4.3 滚桶器改造理论计算

从动轴为45号钢的实心轴，查得材料的许用切应力[τ] =40Mpa，许用单位长度扭转角[θ] =1o/m，切变模量G=80GPa，轴的直径D=40mm，试校核从动轴的强度和刚度。

故传动轴的刚度足够。

4.4 平键强度计算

平键受力分析图如下：

联轴器电机轴头处选择普通平键键为10×8mmb=10mmh=8mml=30mm

设定载荷在键的工作面上均匀分布，滚桶器电机轴头键属于存在磨损的动联接，其强度条件为

结论：

当前阶段煤化工聚丙烯装置生产中使用该形式滚筒器在我国使用较为广泛，本文笔者主要从国外及国内的滚筒器的相关原理及具体的结构来分析相应的改造方案，为更好的提升我国滚筒器的使用效果奠定坚實的基础。

参考文献：

[1]谢晓兰，林丽芹，谢秀利，袁俊生.立足区域产业发展的绿色石油化工产业技术人才培养专业群的构建和实践[J].教育教学论坛，2018（39）：181-184.