濕法磷酸反應槽攪拌器運行分析

劉志平

（云南三環(huán)中化化肥有限公司，云南 昆明 650114）

萃取磷酸的反應過程是液體浸蝕固體的過程。在攪拌的作用下，萃取磷酸的反應不僅取決于液體湍流運動的速度，同時也取決于液體與固體顆粒間的相對運動。因此加強攪拌有利于獲得最大的P2O5轉化率。在這種情況下，攪拌的作用有：使液-固相混合均勻，促進料漿循環(huán)，破除泡沫。這樣在設計攪拌槳時希望獲得很大的攪拌強度，導致軸功率設計的很大。［1］

我公司目前有兩個300kt／a的方格槽，分18個區(qū)，每區(qū)安裝1臺攪拌器，其中12臺安裝在反應區(qū)，6臺安裝在消化區(qū)。反應區(qū)的物料從一區(qū)到六區(qū)，六區(qū)再經(jīng)軸流泵抽到閃蒸室內回流到一區(qū)，如此循環(huán)。在此過程中，6個區(qū)的攪拌器起到物料混合和物料循環(huán)的作用，由于強度大、負荷高，攪拌器在運行過程中故障頻發(fā)。本文主要圍繞我公司反應槽攪拌器運行過程中存在的問題進行分析，找到根本原因并提供解決辦法。

1 攪拌槳軸

軸斷是反應槽攪拌器的主要故障，表1為近年攪拌軸斷裂統(tǒng)計情況。

表1 近年來反應槽攪拌器軸斷情況統(tǒng)計

1.1 攪拌槳軸斷裂的原因分析

1）攪拌器在運行過程中，物料通過下層槳實現(xiàn)軸向翻動，通過上層槳實現(xiàn)循環(huán)流動。槳葉直徑下層2250mm，上層1940mm，軸長L＝6862mm，轉速n＝64r／min。反應槽料漿含固量約33%左右，固體顆粒易于沉淀，因此攪拌器必須長周期運行，其運行率和運行時間均高于其他設備。在攪拌過程中槳葉發(fā)生磨損，槳葉局部斷裂后引起不平衡和振動，導致攪拌軸發(fā)生斷裂，基本每年都需打撈2～3次攪拌軸，故障率高，作業(yè)過程風險大。

2）上層槳葉形式為45°PBT，下層槳葉形式為GCH2000-RA，即變截面變傾角推進式。在實際生產(chǎn)中，下層槳的磨損較上層槳嚴重，基本在運行1年后，下層槳就會磨出豁口不一，形狀各異的缺口。考慮到生產(chǎn)成本，往往在大檢修時會對下層槳葉進行挖補修復。由于現(xiàn)場施工的局限性，焊接變形無法消除，且修復后的攪拌槳無法做動、靜平衡試驗，運行時振動大，電流波動達10～20A，與換新槳葉的攪拌槳區(qū)別明顯 （見表2），挖補的槳葉在焊縫處易斷裂，同樣會導致攪拌軸故障。

表2 反應槽攪拌器運行情況

表2為2018年磷酸Ⅱ期萃取槽復槽時收集的攪拌器運行數(shù)據(jù)，其中三區(qū)和五區(qū)為修復槳葉，其他區(qū)為新槳葉，振幅和電流波動情況對比明顯差異。

3）磷酸反應槽攪拌軸為異徑軸，直徑為Φ273×Φ450，長度分別為2370mm＋4492mm，攪拌軸壁厚12mm，材質316L。異徑軸內部連接采用法蘭鑲嵌，外部焊接而成。在運行過程中，振動和擺動通常來自于下層槳葉，而受扭矩和剪切力最大的位置在上層槳葉輪轂的上下，該處存在異徑管焊接，輪轂與上、下軸的焊接，應力比較集中，易引起焊口脆化，產(chǎn)生疲勞裂紋。當攪拌槳出現(xiàn)異常情況時，此位置最容易發(fā)生斷裂。

1.2 攪拌槳軸斷裂的防范措施

1）下層槳葉的材質為316L，槳葉末梢速度7.54m／s，在攪拌過程中產(chǎn)生軸向流和部分渦流，加劇槳葉的磨損［2］。實踐證明，下層槳葉運行6個月后，槳葉末梢厚度逐漸變薄，當運行1年后，末梢被逐漸磨蝕掉，并且逐步傷及槳葉筋板。當槳葉尖端強度不足時，攪拌過程中碰到大的垢塊或異物，槳葉瞬間發(fā)生斷裂，從而導致振幅加劇，槳軸斷裂。因此，在運行過程中，需對每一根攪拌軸的運行和維修進行詳細記錄，分析其運行周期。正常的預防措施就是根據(jù)槳葉的使用周期定期檢查更換，在日常維護中發(fā)現(xiàn)攪拌器電流波動大、振幅加劇達到7mm／s以上時，立刻安排停車檢查，可基本避免攪拌軸斷裂事故發(fā)生。

2）是否進行槳葉挖補必須根據(jù)實際磨損情況和位置判定。當槳葉磨損到筋板，由于挖補的面積較大且在變傾角的位置，修復后槳葉壽命短，不建議進行挖補，宜更換新槳葉。因此槳葉修復僅限于末梢位置磨蝕后小面積挖補，焊縫要打坡口，焊接前余熱，先將挖補的位置點焊固定后，在焊縫區(qū)域分段點焊一塊筋板防止焊接變形，這樣修復可保證槳葉使用壽命和攪拌槳運行穩(wěn)定。

3）槳軸斷裂除了上述的槳葉磨損和槳葉斷裂因素外，還有一個主要因素就是槳軸焊縫和長期運行導致的應力斷裂。在裝置大檢修或日常維護中，經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)上層槳葉輪轂的上、下焊縫有裂紋。槳軸一旦出現(xiàn)裂紋，首先是軸強度已不足，其次軸的直線度也已經(jīng)不在要求范圍內，會加速軸的斷裂。針對這個問題，我公司對攪拌軸上層輪轂處進行焊接筋板加強，見圖1。

圖1 反應槽攪拌軸加筋板前后示意圖

輪轂上下沿圓周方向各焊4塊筋板，對槳軸最薄弱位置進行補強，基本避免槳軸斷裂的事故發(fā)生。

通過采取以上措施，近兩年磷酸反應槽攪拌器軸斷事故降為0，降低了維修成本，實現(xiàn)了長周期運行，同時控制了作業(yè)風險。

2 減速機

2.1 減速機原理

我公司反應槽攪拌器減速機廠商為日本住友，型號PVD9080R3L-RLF-22.4，三級齒輪減速，與電機之間采用液力偶合器直連，減速機自帶油泵，與一級齒輪連接傳動，油泵主要對上端軸承和內部齒輪進行潤滑。減速機軸承和油泵端面為平面密封，輸入軸和輸出軸為骨架油封密封。由于運行時間長，輸入和輸出端漏油嚴重，新油封換上后使用周期約3個月，減速機軸也出現(xiàn)不同程度的磨損，泄漏情況難杜絕，減速機運行隱患非常大，現(xiàn)場衛(wèi)生難維護。

2.2 減速機漏油原因

1）我公司反應槽攪拌器運行電流在160～200A，減速機輸出功率為80～105kW，減速機箱體溫度長期處于75～85℃，內部油溫在90℃。一般骨架油封材料為丁晴橡膠，在高溫下，丁晴橡膠極易老化，受用壽命縮短，油封唇口老化變硬，還會導致減速機軸磨損，發(fā)生漏油。

2）減速機油溫高，油的流動性更好，齒輪表面不能形成良好的油膜，齒輪磨損加劇，油質變差加劇磨損，形成惡性循環(huán)。油溫高導致流動性強也會導致油封處泄漏。

2.3 減速機故障預防措施

1）要消除減速機故障和隱患，需從根本上解決油溫高的問題。由于設計時減速機自帶的只有風扇散熱，風扇只能對箱體表面散熱，且箱體由于粉塵、污垢堆積后導致散熱效果差。經(jīng)過查閱相關資料和了解相關信息，我公司對5區(qū)攪拌器安裝風冷系統(tǒng)，通過油泵使減速機箱體內的潤滑油在板式換熱器內循環(huán)，板式換熱器通過風扇吹風散熱。目前5區(qū)攪拌器減速機箱體油溫只有50～55℃，下降30℃，油封使用壽命延長，漏油和潤滑問題得到極大改善。2）采用耐溫性和耐老化性更好的氟橡膠油封，它的耐溫范圍為-25～300℃，可以滿足現(xiàn)有工況的需求。

3 結語

我公司反應槽攪拌器在使用過程中，攪拌軸和減速機等出現(xiàn)過大大小小的故障，但近兩年通過對槳葉、軸、減速機等部件進行優(yōu)化改進和精心管理，設備整體運行狀況和使用效果良好，后續(xù)將繼續(xù)對攪拌器的節(jié)能改造方面進行優(yōu)化升級，使其運行達到高效、節(jié)能、穩(wěn)定。