15m3壓力反應釜的優化改造

沈元澤（廈門鎢業股份有限公司，福建廈門 361026）

15m3壓力反應釜的優化改造

沈元澤
（廈門鎢業股份有限公司，福建廈門 361026）

對于壓力反應釜，更高的原料處理效率就意味著更高的產量，如何在同樣的時間處理更多原料因此成為入手點，而現有的15m3反應釜由于受到多方面的因素制約，產能一直無法提高，本文對現有反應釜進行優化改造，達到節約能源、提高產量的目的。通過對密封系統的改造，有效地提高了密封穩定性，減少了檢修頻次，減小了安全隱患，各項工藝及設備運行指標符合預期，同時又達到了我們用最少的投入獲得最大效益的目標。

壓力反應釜 攪拌 推進式 密封 優化

生產中設備的科學及優化設計對提高生產率有著十分必要的作用，隨著鎢礦品位的降低及生產流程中產能的擴大，按原配置壓煮的設備的產能已無法滿足生產要求，如何采取有效的措施在現有設備上提高產能變成一個重要課題。

1　背景及存在問題

在改造前，一部礦石分解作業主要依靠10臺不同規格的壓力反應釜，而其中4臺15m3反應釜承擔了80%以上的產量任務，每天共可處理15批共計45噸礦石，在很大程度上決定了最終產量。

圖1　四葉推進式攪拌

圖2　四葉開啟渦輪式攪拌

2　壓力反應釜改造方案

2.1攪拌裝置改造

從本質上講攪拌過程就是在流動場中進行單一的動量傳遞或者是包括動量、熱量、質量傳遞及化學反應的過程，而攪拌器就是通過時攪拌介質獲得適宜的流動場而向其輸入機械能量的裝置。因此流動場問題和攪拌能量問題一直是攪拌過程所研究的主要課題。

針對目前工藝流程中15m3壓煮器運行的現狀，要對攪拌器進行改造，首先需要面對并解決幾個問題：（1）改造后料液流動性應更強，在增加投礦量的情況下通過更強的攪拌保證加熱到180℃的時間不會增加。（2）改造完成后可以使每批次投礦量增加10%，達到3.3噸/批，同時機上渣含鎢量控制在0.3%以下，即保證新攪拌情況下，攪拌效果不降低。（3）因壓煮器是壓力容器，安全要求高，因此要把安全性放在第一位。（4）在不改變攪拌動力系統的前提下綜合考慮攪拌參數，使之達到最佳工作狀態，同時又不可出現電流過大、鍋體晃動等安全問題，充分發揮出壓煮器的潛在產能。

為了達到設計目的，對于之前提出的問題，實現方案如下：

在原有舊攪拌系統中，上下兩對攪拌葉片均為普通漿式攪拌器，這種攪拌構造簡單造價低，但是攪拌效果不能滿足我們更高的要求，因為槳式攪拌器對流體的循環流動只停留在處理每批3噸礦石的水平，投入更多的原料會導致攪拌效果更差甚至減速機負荷過大；而推進式攪拌可以在相同轉速下更多的將攪拌器輸入流體的能量轉化為流體的循環運動，攪拌時，流體由槳葉上方吸入，下方以筒狀螺旋形輸出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形成軸向流動。推進式攪拌器攪拌時流體的湍流程度不高，但循環量大，適當增加轉速可以在較小的攪拌功率下獲得較好的攪拌效果。

根據實際的工藝要求，我們選擇了的四葉推進式攪拌（見圖1），推進式是最典型的軸流型攪拌器，高排液量，低剪切性能；采用擋板或導流筒則軸向循環更強。排出性能明顯提高，因為它循環能力強，動力消耗低，在大容量均相、混合過程中應用最能體現其優勢，在低粘度的液體傳熱、反應、固液比小時的懸浮、溶解等過程中應用廣泛。

根據現有反應釜參數及使用參數，確定攪拌器主尺寸，dj為攪拌器直徑，D為反應釜內徑，參照選型手冊：

dj/D=0.1—0.5，許用線速度V=3—15m/s，

由于是現場改造，減速機等配套盡量不做改變，功率18.5Kw，速比1：17；

攪拌轉速r=1440/17=85rad/min

由于轉速略低，因此dj可取大值，而D=2600mm，根據計算及使用經驗，取dj=1000mm，其余參數取自設計手冊。

為了加強釜內流體的循環激烈程度，在其上方又加設一對四葉開啟渦輪式攪拌器，（見圖2）。

這種斜葉開啟渦輪式攪拌器，是一種軸流型攪拌器，有較好的對流循環能力，并有一定的湍流擴散能力，適合應用于混合、分散、微粒結晶、反應、溶解、固液懸浮、傳熱等操作。這就保證在15m3的釜體中依然能夠提供充分的流體循環。而在之后增加的7、8#壓煮器中，加設了三副擋流板，可有效防止漩渦產生。

2.2密封裝置改造

在對攪拌器進行改造的同時，附屬系統的匹配程度也是不容忽視的，因此我們對攪拌支架、密封結構及冷卻方式、攪拌軸等部分也進行了不同程度的優化，以保證整套攪拌系統的正常運行。優化改造部分主要體現在以下幾點：

（1）攪拌軸結構重新設計，包括：1）軸上與填料相接觸的密封面處，采用熱處理后再上磨床的加工方法，保證密封面處的粗糙度及減小熱變形，最大程度減小泄露可能性，增強密封效果。2）軸上部件一律采用鍵聯接，使整根軸結構更加優化，保障裝配精度以確保攪拌的動平衡的同時使裝配更為簡易，降低檢修難度。3）漿葉與攪拌軸的固定改為帶定位環、槽的兩半卡箍形式，裝配穩定性更高。（2）攪拌軸重新設計，可兼容機械密封和填料密封，互換性更好，改造空間更大。（3）改變了填料盒的冷卻系統，在減速機支架底部，即填料盒底部增加了一套冷卻水系統，降低熱膨脹對驅動系統的影響。（4）重新設計了填料盒及壓盤根方式。（5）為了方便裝填料，機架下段加高50mm，增大填料壓蓋上提空間。（6）重新計算、核定攪拌功率。（7）重新設計配置攪拌形式。

2.3釜體改造

反應釜體是主要受壓元件，不可輕易改造，未了加強混合效果，防止漩渦產生，在釜體內部加設3組擋流板，可起到如下作用：（1）消除“漩渦”現象：杜絕反應釜介質在離心力的作用下沿筒壁螺旋上升。（2）提升混合均勻度：反應釜中折流板的存在使物料產生亂流現像，徹底強力地改變了介質的流向，無論是純粉體、純液體或粉液混合體，都會形成多向翻滾亂流。在提高混合均勻度的同時還提高了生產效力，事半功倍。（3）消除分層現象：無“折流板”的反應釜，在攪拌軸及攪拌器的作用下，不同的介質會沿原來的路徑“螺旋”上升，只有在阻力作用下才會產生亂流。（4）對釜體的加固：“折流板”的存在是以焊接的形式存在于反應釜內部筒體，從力學方面講對筒體無疑是起到一個支撐及加固的作用。筒體是反應釜的軀殼，對筒體的保護間接延長了反應釜的使用壽命。（5）對攪拌軸的保護：當反應釜需要停車時，在斷電瞬間，攪拌軸就會停止運轉。如沒有折流板的情況下，物料的“螺旋”運動會給停車瞬間的攪拌軸一個反向作用的力。“折流板”的存在會在一定程度上削弱這一反向作用力，有效地保護了攪拌軸。

由于壓力反應釜是壓力容器，不得擅自進行維修改造工作，因此上述改造均是交由有資質的正規廠家經過審核后進行，符合《特種設備安全監察條例》及《壓力容器安裝改造維修許可規則》TSGR3001-2006。

3　使用效果分析

解決了密封處易泄漏料問題，降低填料維護和設備外觀維護的強度；提高操作崗位員工及檢修人員的安全保障；減少了因泄漏料導致的物料損失及因此引起停機檢修對生產造成影響，而且減輕檢修工作強度。

4　結語

通過對密封系統的改造，有效地提高了密封穩定性，減少了檢修頻次，減小了安全隱患，各項工藝及設備運行指標符合預期，同時又達到了我們用最少的投入獲得最大效益的目標。改造完成后，每批可以進料由原來的3噸增至3.3噸。在增加投料量的同時，通過監測發現攪拌電流并沒有明顯升高，加熱時的電流在22—28A之間，這就意味著在保證動力系統工作狀況安全穩定的同時不會增加過多能耗。在密封方面，由于使用的是15x15mm石墨柔性填料，成本低廉，密封效果穩定。通過對原有攪拌的改造，有效地提高了攪拌效果，對提高生產效率有很重要的作用。

［1］徐灝.《機械設計手冊》機械工業出版社，1995年12月.

［2］溫秉權.《金屬材料手冊》電子工業出版社，2009年6月.