分離干燥攪拌釜存在問題及解決方案

(遼陽石化分公司研究院， 遼寧 遼陽 111003)

攪拌反應器是一種在化工、冶金等工業(yè)領域中常見的反應器[1-3]，攪拌釜是化工生產過程中反應釜或分離罐的主要核心部件，攪拌設備的選擇直接決定反應產率或產品質量[4]。螺帶式攪拌槳直徑大，攪拌時能不斷地將粘于釜壁的沉積物刮下來，強化了近罐壁液體的上下循環(huán)，適用于高黏度流體的混合[5-6]。螺帶螺桿組合槳同時具有螺桿和螺帶的特性，由于螺帶和螺桿的旋轉方向相反，液體沿著螺旋面上升或下降的方向相反，因此形成反應釜內軸向的上下循環(huán)，強化了液體內外圍的循環(huán)[4]。攪拌器的功能是通過提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)以完成攪拌過程[7]，攪拌釜一旦出現(xiàn)問題，將直接影響反應或者出料過程，影響裝置長周期安全平穩(wěn)運行。

某裝置分離干燥罐攪拌釜工作介質主要是己烷、催化劑和三乙基鋁，介質易燃、易爆，密度約為640 kg/m3。該攪拌釜外帶夾套，全體積10.4 m3，傳熱面積17.8 m2，工作溫度37～85 ℃，工作壓力-0.08～0.2 kPa。攪拌釜中的攪拌槳為螺帶螺桿組合槳，生產過程中多次出現(xiàn)進、出料過程中斷的故障，造成非計劃停車，降低了設備的利用率和完好率。筆者從攪拌釜結構與裝置工藝狀況的匹配性出發(fā)，對攪拌釜故障原因進行了分析，并提出了相應的解決措施。

1 攪拌釜故障情況

打開分離干燥罐上蓋后發(fā)現(xiàn)，罐內壁黏附有大量近乎熔融態(tài)的物料[8]，罐底出料口出現(xiàn)嚴重粘連現(xiàn)象，攪拌釜底部軸承處沉積有物料，且物料已呈現(xiàn)熱熔狀態(tài)。而在底軸承球頭與球窩帽相配合處，球窩帽和球頭被磨損得所剩無幾。

受罐內作業(yè)空間限制，罐內熔融態(tài)物料的清理非常困難，作業(yè)危險系數(shù)高。盡管不斷調整了工藝參數(shù)，但積料及熱熔態(tài)物料的問題仍然多次出現(xiàn)，造成多次進、出料過程中斷。

2 攪拌釜故障原因分析

針對聚合物粘壁問題，一般都從聚合工藝過程及其設備的換熱能力進行剖析，給出了諸多原因，如低聚物(低分子蠟)含量增加[7]、聚合漿液濃度太高[9]、聚合釜內乙烯濃度高[10]、聚合釜中漿液濃度不合理、主催化劑配置濃度指標過高[11]、局部聚合加劇使聚合釜內的漿液溫度升高，致使聚乙烯熔融結塊等[10-11]。文中則從設備結構與裝置工藝狀況的匹配性出發(fā)進行分析。

2.1 結構與工藝匹配性問題

該攪拌釜系由螺帶和螺桿組合攪拌[12-14]，而且二者的旋旋方向相反。在軸旋轉時，形成的軸向推力完全相反，從理論上講會形成反應釜內軸向的上下循環(huán)，強化介質內外圍的循環(huán)，物料應該會攪拌得更均質化。螺帶螺桿組合槳同時具有螺桿和螺帶的特性，尤其適用于高黏度流體的混合攪拌[6]。而該分離干燥攪拌釜內介質為氣-液-固三相，推斷螺帶和螺桿的組合攪拌結構并不一定適合該攪拌釜工況。因為在軸旋轉時，螺帶和螺桿形成的是完全相反的軸向推力，液體狀物料可能會攪拌得更加均勻，而粉狀物料在未干燥狀態(tài)下已經呈塊狀，極易被兩相反的軸向力擠壓，并在不斷旋轉中持續(xù)被強化，致使物料被壓實積聚，熱量也不能及時散出，最終導致出現(xiàn)各種問題[15]。

在此推論下，模擬該攪拌釜進行實驗，采用固態(tài)可見、彈性小且易分析的細沙作為實驗介質。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，攪拌轉動時，細沙在旋向相反的螺帶和螺桿作用下不斷旋轉，沙粒之間結合得更加緊密，直至攪拌因受沙粒之間的作用力而停止。由此證明，粉狀物料正是在完全相反的軸向推力的作用下，相互之間不斷積聚、擠壓、壓實甚至熱熔[16-20]。

2.2 攪拌器底部支撐問題

分離干燥攪拌釜的底軸承組件見圖1。

1.底軸承球窩帽 2.軸向可調球頭 3.支腿 4.可調球頭座盤圖1 改造前分離干燥攪拌釜底軸承組件示圖

正常狀態(tài)下，底軸承球窩帽與球頭間隙基本保持在1 mm，不會卡死，轉動平穩(wěn)。但在實際運行過程中，卻發(fā)現(xiàn)球窩帽與球頭均被磨損的情況。

針對此現(xiàn)象，分析認為產生的原因可能有，①攪拌軸在不穩(wěn)定運行狀態(tài)下會出現(xiàn)擺動，導致球窩帽與球頭之間的間隙發(fā)生變化，嚴重時二者相互磨損。②球窩帽與球頭的材質相同，相互碰撞磨損使二者同時受損，導致攪拌軸的轉動更加不穩(wěn)定。二者的磨損加劇導致球窩帽與球頭均需進行更換，增加了檢修、維修工作量，降低了設備的完好率和利用率，不利于裝置的連續(xù)生產。而一旦摩擦生熱導致溫度過高，就容易出現(xiàn)熱熔現(xiàn)象。③底軸承組件是三角形支撐結構，該結構雖然穩(wěn)定，卻容易積料直至出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。

3 攪拌釜故障解決方案

3.1 攪拌軸

在現(xiàn)有攪拌軸基礎上，拆除原螺桿攪拌器，只保留螺帶攪拌器。為防止攪拌能力下降，同時新增了攪拌器A和攪拌器B，槳葉材質為304。在螺帶邊緣增加聚四氟乙烯材質的刮板，該刮板與螺帶通過螺栓連接，如有損壞可拆卸更換。刮板在運轉過程中將罐壁附著的物料及時刮除，避免積料。改造后分離干燥攪拌釜結構見圖2。

1.攪拌翅 2.軸承座 3.實心軸 4.攪拌軸 5.連接螺栓 6.壓板 7.聚四氟乙烯刮板 8.螺帶體圖2 改造后分離干燥攪拌釜結構示圖

3.2 底軸承組件

重新制作底軸承座，將原底軸承3個向下的支腿改為水平安裝。同時延長底部支撐軸，并在軸上焊接攪拌翅，疏松堆積在錐底的物料，使物料的輸送變得流暢。

對于底軸承球窩帽和球頭二者的磨損問題，可以更換底軸承球窩帽或球頭的材質，使二者材質一硬一軟，防止同時損壞。也可以將底軸承球窩帽從攪拌軸底部取出，加工1根實心軸安裝到球窩帽位置處。綜合考慮，由于已經新增2層攪拌器A、攪拌器B，為了減少檢修頻率，選擇加工實心軸方案(圖2)，這樣在攪拌部件運轉時，底部軸承處攪拌翅的存在能有效避免因積料導致的物料熱熔和搭橋現(xiàn)象，改造之后的攪拌軸底部結構能從根本上避免底軸承球窩帽和球頭的磨損問題。而螺帶上新增加的聚四氟乙烯刮板能及時清理粘在罐壁的物料，從而實現(xiàn)出料過程的可持續(xù)性。

4 結語

對分離干燥攪拌釜存在的底部軸承處積料、物料熱熔、物料黏壁、底軸承損壞及底部物料排出口易出現(xiàn)搭橋等問題進行了分析，認為螺帶和螺桿組合攪拌對于固相物料的實用性不好，容易加劇熱物料的黏結和熱熔。要綜合考慮底軸承的設計及應用，盡量降低檢修頻率。

按文中措施對分離干燥攪拌釜進行了改造，安裝調試后攪拌釜試運行狀況良好，實驗過程也比較順利，實現(xiàn)了持續(xù)出料，原來存在的各種問題得到了根本性解決，但實驗裝置中設備與工藝的匹配性還需不斷驗證。

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