搅拌器故障原因分析及解决措施

2020-11-20 10:41:16      点击:

    搅拌操作过程是化工、石油化工、医药、食品工业最常见的操作过程之一,其目的是使两种或两种以上的介质能达到最大程度的接触,从而在预定的时间内完成所需要的混合、传质、传热或反应过程,或同时进行上述两个以上的过程,操作搅拌所涉及的介质可能是液体、气体和固体,但以液相为主。而完成搅拌过程的主要元件为搅拌器,它的好坏和搅拌操作的最终效果有着至关重要的联系。
    搅拌器是一种结构简单的机械设备,由传动装置(电动机、变速器、机架和联轴器)、搅拌轴、搅拌桨叶和轴封装置组成,这些部件相辅相成,如果一个部件出现问题都会导致整个搅拌运行出现异常,所以它在工艺上又是一个复杂的设备。如果发生故障,故障的根源却并不简单,不仅和机械结构本身有关,还会和工艺设计、生产操作等多方因素相关。
    设计和使用工况简述,使用工况:用于两种固液悬浮液混合反应的搅拌,其中一种固液悬浮液先加入反应釜内,同时搅拌器开始运行,当
反应釜内达到设定温度时,另一种参与反应的固液悬浮液开始加入,随后化学反应开始。完成一批次的运行需要4~5h,期间反应釜内物料的黏度在周期性的变化,最高时可达到15000~25000cP。
    设计状态:此搅拌器采用三层桨的设计方案,桨叶形式采用INTER-MIG桨型。因为反应产生有剧毒的气体,不允许泄漏,轴端采用了带冲洗的端面机械密封。因为搅拌物料粘度在周期性的变化,所以采用变频器进行速度调节。
    故障描述:叶轮弯曲严重,通过轴跳动测试,初步怀疑轴已经弯曲,机械密封出现密封冲洗液严重泄漏现象。
    故障原因分析:通过对故障情况的描述可以看出2项共同点:一是机械密封损坏,导致机封冲洗液泄漏;二是轴或叶轮出现了不同程度的弯曲。首先我们就要分析机械密封在什么情况下会出现泄漏,轴或叶轮在什么情况会出现弯曲?通过本公司设备故障状况的总结,可知机械密封泄漏的原因有以下几项:
    
密封冲洗系统本身有泄漏导致密封冲洗压力降低,冲洗液不能及时供到动静环处致使动静环出现干磨而碎裂,出现密封液轴端泄漏;
    O型密封圈材料和所接触的工艺物料不兼容,导致O型圈溶解损坏,密封冲洗液轴端泄漏,如果不能及时发现,会导致机封冲洗液不能及时或足量的供到动静环处,导致动静环因干磨出现碎裂。
    搅拌轴弯曲,导致轴在转动过程中出现过量的摆动,因为动环和轴是一起转动的,所以动环的不正常转动会导致密封面之间的不正常接触,从而使动静环产生不同程度的损坏。搅拌轴或桨叶(最大程度是桨叶)突然受到来自外部的瞬间冲击,瞬间冲击能通过轴传导到最薄弱的密封面处(因为动静环的材料为易碎的碳化硅-石墨),导致动静环损坏,密封冲洗液泄漏。

    轴或叶轮弯曲的可能原因有以下几项:
    启动扭矩过大,导致轴在瞬间扭弯。 (通常情况下,电机都有过载保护,但是启动扭矩变大是瞬间的,而电机的过载保护是需要时间,如果电机过载停掉了,但在停掉之前,轴已经因为瞬间的大扭矩而弯曲)。
    运行过程中突然遇到了过大的负载,桨叶为了冲破负载,也是短时间内出现扭矩变大,导致轴或叶轮扭弯。
    首先针对搅拌出现的密封泄漏的问题,检查密封系统的所有连接点,没有发现漏点,并且确认过在出现泄漏之前没有出现过低液位和压力过低报警,所有的证据证明密封系统本身不存在泄漏。接着再次确认了O型密封圈的材料,材料和工艺物料可以很好的兼容,并且从坏掉的机封内拆下的O型圈也是完好的,没有出现任何腐蚀的状况,从而也否定了O型圈材料选择错误的说法。那么就只能从后两项中找原因了,这两项和工艺及操作都有关系,下面就逐一分析其工艺设计或操作过程。
    此台设备的故障显示叶轮已经弯曲,初步怀疑轴也弯曲。那么首先我们先来分析为什么叶轮和轴会弯曲?根据本文第二部分描述的使用状态,后一种悬浮液为高浓度宾汉塑性流体悬浮液,其固液比为1: 1。因为采用真空送料,真空转料的弊端就是均匀性不好,有可能瞬间一股物料进入反应釜,又因为物料中的固体含量比较高,物料瞬间会形成一个小山,而搅拌桨在冲破物料山时,负载瞬间上升,扭矩变大,也就满足了轴或叶轮弯曲的第二个原因。为了验证这一方法,我们监控了电流的变化,发现大多数电流是维持在定值,但是有些时候电流会有比较小的上升,但是我们发现了几次电流急剧上升,几乎快要超载。从而可以证明我们判断的正确。继而可推机械密封泄漏的主要原因是轴弯导致动静环碎裂而泄漏。
    原因已经找到,该如何解决这些问题呢?搅拌设计和使用工况均不相同,所以解决问题的方式是不同的,现在就按照实际情况来解决问题。为了避免之前描述的料山超载的情况,现在有短期和长期两种解决方式:
    短期方案:因为短期内仍然要使用真空转料,不可避免的可能会再次出现过大的料山状态导致搅拌过载,所以为了避免在这种情况下搅拌过载,将搅拌器的转速调低,慢速打破料山避免过载发生。但这只是一个应急的短期方案,仍然有一定的风险发生,对生产来说一劳永逸的方案应该是彻底规避掉这个风险。所以长期方案就是寻找合适的转料泵,让高浓悬浮液均匀的输送到反应釜内,但是为了规避超载的可能性,仍然在转料时使用低速。


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