攪拌器故障的原因和解決方法

       攪拌操作過(guò)程是化工、石油化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)最常見(jiàn)的操作過(guò)程之一，其目的是使兩種或兩種以上的介質(zhì)能達(dá)到最大程度的接觸，從而在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)完成所需要的混合、傳質(zhì)、傳熱或反應(yīng)過(guò)程，或同時(shí)進(jìn)行上述兩個(gè)以上的過(guò)程，操作攪拌所涉及的介質(zhì)可能是液體、氣體和固體，但以液相為主。而完成攪拌過(guò)程的主要元件為攪拌器，攪拌器的好壞和攪拌操作的最終效果有著至關(guān)重要的聯(lián)系。
       攪拌器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)備，由傳動(dòng)裝置（電動(dòng)機(jī)、變速器、機(jī)架和聯(lián)軸器）、攪拌軸、攪拌槳葉和軸封裝置組成，這些部件相輔相成，如果一個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)攪拌運(yùn)行出現(xiàn)異常，所以攪拌器在工藝上又是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)備。如果發(fā)生故障，故障的根源卻并不簡(jiǎn)單，不僅和機(jī)械結(jié)構(gòu)本身有關(guān)，還會(huì)和工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作等多方因素相關(guān)。本文描述的3個(gè)攪拌器的故障就和工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作有直接聯(lián)系。
       一、攪拌器的設(shè)計(jì)和使用工況簡(jiǎn)述
       本文提到的三個(gè)攪拌器，這里以1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)進(jìn)行區(qū)分：
       1、1號(hào)攪拌器
       使用工況：用于兩種固液懸浮液混合反應(yīng)的攪拌，其中一種固液懸浮液先加入反應(yīng)釜內(nèi)，同時(shí)攪拌器開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，另一種參與反應(yīng)的固液懸浮液開(kāi)始加入，隨后化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始。完成一批次的運(yùn)行需要3～4h，期間反應(yīng)釜內(nèi)物料的黏度在周期性的變化，最高時(shí)可達(dá)到15000～25000cP。
       設(shè)計(jì)狀態(tài)：此攪拌器采用三層槳的設(shè)計(jì)方案，槳葉形式采用INTER.MIG型。因?yàn)榉磻?yīng)產(chǎn)生有劇毒的氣體，不允許泄漏，軸端采用了帶沖洗的雙機(jī)械密封。因?yàn)閿嚢栉锪险扯仍谥芷谛缘淖兓�，所以采用變頻器進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。攪拌器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
       2、2號(hào)攪拌器
       使用工況：用于中和反應(yīng)中，保證反應(yīng)的兩種物料混合的均勻性。按照正常的工藝設(shè)計(jì)，在整個(gè)攪拌運(yùn)行的過(guò)程中，反應(yīng)釜內(nèi)物料的狀態(tài)為純液相狀態(tài)，并且粘度只有1cP。
       設(shè)計(jì)狀態(tài)：根據(jù)攪拌的使用工況和反應(yīng)物料的物性，攪拌的設(shè)計(jì)采用二層槳的設(shè)計(jì)方案，槳葉形式仍為 INTER.MIG型，定速設(shè)計(jì)。同時(shí)此反應(yīng)釜內(nèi)的物料同樣不能泄漏，所以采用帶壓力沖洗的雙端機(jī)械密封。攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
       3、3號(hào)攪拌器
       使用工況：用于一種物料的回收反應(yīng)，在這里，攪拌是保證物料混合均勻和散熱的功效。按照最初的工藝設(shè)計(jì)，反應(yīng)釜內(nèi)的物料狀態(tài)為純液相狀態(tài)，并且黏度只有0.6cP。
       設(shè)計(jì)狀態(tài)：同2號(hào)攪拌器，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
       
       二、故障描述
       1號(hào)攪拌器：葉輪彎曲嚴(yán)重，通過(guò)軸跳動(dòng)測(cè)試，初步懷疑軸已經(jīng)彎曲；機(jī)械密封出現(xiàn)密封沖洗液嚴(yán)重泄漏現(xiàn)象。
       2號(hào)攪拌器：機(jī)械密封沖洗液泄漏嚴(yán)重，一個(gè)新的機(jī)封換上去使用不到半個(gè)月，就出現(xiàn)泄漏。
       3號(hào)攪拌器：從反應(yīng)釜的視鏡觀察攪拌軸的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的跳動(dòng)量很大，從維修部的粗測(cè)數(shù)據(jù)上也可以看出軸已經(jīng)出現(xiàn)了彎曲。另外機(jī)械密封也出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏，同樣一個(gè)新的機(jī)械密封使用不到半個(gè)月就出現(xiàn)泄漏。
       三、故障原因分析
       從3個(gè)攪拌器故障情況的描述可以看出2項(xiàng)共同點(diǎn)：一是機(jī)械密封損壞，導(dǎo)致機(jī)封沖洗液泄漏；二是軸或葉輪出現(xiàn)了不同程度的彎曲。那么是否這三臺(tái)攪拌器都是同樣的原因損壞的呢？首先我們就要分析機(jī)械密封在什么情況下會(huì)出現(xiàn)泄漏，軸或葉輪在什么情況會(huì)出現(xiàn)彎曲？
       1、機(jī)械密封泄漏的原因
       （1）密封沖洗系統(tǒng)本身有泄漏導(dǎo)致密封沖洗壓力降低，沖洗液不能及時(shí)供到動(dòng)靜環(huán)處致使動(dòng)靜環(huán)出現(xiàn)干磨而碎裂，出現(xiàn)密封液軸端泄漏。
       （2）O型密封圈材料和所接觸的工藝物料不兼容，導(dǎo)致O型圈溶解損壞，密封沖洗液軸端泄漏，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)封沖洗液不能及時(shí)或足量的供到動(dòng)靜環(huán)處，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)因干磨出現(xiàn)碎裂。
       （3）攪拌軸彎曲，導(dǎo)致軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)量的擺動(dòng)，因?yàn)閯?dòng)環(huán)和軸是一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以動(dòng)環(huán)的不正常轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致密封面之間的不正常接觸，從而使動(dòng)靜環(huán)產(chǎn)生不同程度的損壞。
       （4）攪拌軸或槳葉（最大程度是槳葉）突然受到來(lái)自外部的瞬間沖擊，瞬間沖擊能通過(guò)軸傳導(dǎo)到最薄弱的密封面處（因?yàn)閯?dòng)靜環(huán)的材料為易碎的碳化硅–石墨），導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)損壞，密封沖洗液泄漏。
       2、軸或葉輪彎曲的可能原因
       （1）啟動(dòng)扭矩過(guò)大，導(dǎo)致軸在瞬間扭彎。（通常情況下，電機(jī)都有過(guò)載保護(hù)，但是啟動(dòng)扭矩變大是瞬間的，而電機(jī)的過(guò)載保護(hù)是需要時(shí)間，如果電機(jī)過(guò)載停掉了，但在停掉之前，軸已經(jīng)因?yàn)樗查g的大扭矩而彎曲）。
       （2）運(yùn)行過(guò)程中突然遇到了過(guò)大的負(fù)載，槳葉為了沖破負(fù)載，也是短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)扭矩變大，導(dǎo)致軸或葉輪扭彎。
       3、分析
       針對(duì)3個(gè)攪拌都出現(xiàn)的密封泄漏的問(wèn)題，首先檢查密封系統(tǒng)的所有連接點(diǎn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，并且確認(rèn)過(guò)在出現(xiàn)泄漏之前沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)低液位和壓力過(guò)低報(bào)警，所有的證據(jù)證明密封系統(tǒng)本身不存在泄漏。接著再次確認(rèn)了O型密封圈的材料，材料和工藝物料可以很好的兼容，并且從損壞的機(jī)封內(nèi)拆下的O型圈也是完好的，沒(méi)有出現(xiàn)任何腐蝕的狀況，從而也否定了O型圈材料選擇錯(cuò)誤的說(shuō)法。那么就只能從后兩項(xiàng)中找原因了，這兩項(xiàng)和工藝及操作都有關(guān)系，下面就逐一分析其工藝設(shè)計(jì)或操作過(guò)程。
       （1）1號(hào)攪拌器
       此臺(tái)攪拌器的故障顯示葉輪已經(jīng)彎曲，初步懷疑軸也彎曲。根據(jù)本文第二部分描述的使用狀態(tài)，后一種懸浮液為五氧化二磷懸浮液，其固液比為1:1。因?yàn)樽畛踺斔捅玫倪x型錯(cuò)誤導(dǎo)致輸送泵一直不能使用而改用真空轉(zhuǎn)料，真空轉(zhuǎn)料的弊端就是均勻性差，有可能瞬間一股物料進(jìn)入反應(yīng)釜，又因?yàn)槲锪现械墓腆w含量比較高，物料瞬間會(huì)形成一個(gè)小山，而攪拌槳在沖破物料山時(shí)，負(fù)載瞬間上升，扭矩變大，成為導(dǎo)致軸或葉輪彎曲的第二個(gè)原因。在驗(yàn)證中我們監(jiān)控了電流的變化，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)電流維持在定值，有時(shí)電流會(huì)有比較小的上升，但是我們發(fā)現(xiàn)了幾次電流急劇上升，幾乎快要超載，從而可以證明之前的判斷是正確的。繼而可推斷機(jī)械密封泄漏的主要原因是由軸彎導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)碎裂而泄漏。
       （2）2號(hào)攪拌器
       經(jīng)過(guò)對(duì)幾批原料的現(xiàn)場(chǎng)觀察，發(fā)現(xiàn)在攪拌運(yùn)行過(guò)程中有大量的固體出現(xiàn)，固體尺寸不大，但是密集度較大，當(dāng)攪拌運(yùn)行時(shí)，固體隨著釜內(nèi)的液體翻轉(zhuǎn)，類似于水中的沙粒。又通過(guò)運(yùn)行時(shí)攪拌軸的運(yùn)行狀態(tài)初步確定攪拌軸沒(méi)有出現(xiàn)彎曲的癥狀，所以我們可以判斷出是固體的瞬間沖擊攪拌槳葉，瞬間的沖擊能通過(guò)槳葉、軸傳導(dǎo)到整套攪拌系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)—機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)處（材料是石墨和碳化硅），導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)碎裂而造成機(jī)械密封泄漏。
       （3）3號(hào)攪拌器
       通過(guò)操作觀察，發(fā)現(xiàn)在每批料放盡之后，在釜底都有一層比較厚的十分黏稠的物料出現(xiàn)，取樣后測(cè)試得知為含有某種副產(chǎn)品的混合物，其黏度在25000cP以上，這就完全超出了當(dāng)初攪拌設(shè)計(jì)的要求，并且此臺(tái)攪拌底層槳葉距釜底的距離只有100mm，當(dāng)?shù)讓訕�葉陷入或埋入高黏物料內(nèi)，當(dāng)再一次啟動(dòng)攪拌時(shí)會(huì)導(dǎo)致攪拌器超載而瞬間扭距過(guò)大打彎軸或槳葉。通過(guò)軸端的軸跳動(dòng)檢測(cè)和攪拌軸的運(yùn)轉(zhuǎn)情況可以確定軸已經(jīng)彎曲，繼而可以判斷是軸彎帶動(dòng)了機(jī)械密封的損壞而泄漏。
       四、問(wèn)題解決
       3個(gè)攪拌器的設(shè)計(jì)和使用工況均不相同，所以解決問(wèn)題的方式也各不相同，需按每臺(tái)的實(shí)際情況來(lái)解決問(wèn)題。
       （1）1號(hào)攪拌器
       為了避免之前描述的料山超載的情況，現(xiàn)在有短期和長(zhǎng)期兩種解決方式：因?yàn)槎唐趦?nèi)仍然要使用真空轉(zhuǎn)料，不可避免地可能會(huì)再次出現(xiàn)過(guò)大的料山狀態(tài)導(dǎo)致攪拌過(guò)載，所以為了避免在這種情況下攪拌過(guò)載，將攪拌器的轉(zhuǎn)速調(diào)低，慢速打破料山避免過(guò)載發(fā)生。但這只是一個(gè)應(yīng)急的短期方案，仍然有一定的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，一勞永逸的方案應(yīng)該是徹底規(guī)避這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。所以長(zhǎng)期方案就是尋找合適的轉(zhuǎn)料泵，讓五氧化二磷懸浮液均勻地輸送到反應(yīng)釜內(nèi)，但是為了規(guī)避超載的可能性，仍然在轉(zhuǎn)料時(shí)使用低速。
       （2）2號(hào)攪拌器
       針對(duì)外部瞬間沖擊這個(gè)原因，攪拌器本身沒(méi)有任何有效的措施去規(guī)避，所以只能從工藝操作上找出根源以避免固體顆粒的出現(xiàn)。之后工藝和化學(xué)師通過(guò)取樣分析，確定此固體是因?yàn)槟撤N原料的加料速率過(guò)大導(dǎo)致的，調(diào)整了加料速率，經(jīng)過(guò)幾批反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，固體顆粒消失。
       （3）3號(hào)攪拌器
       根據(jù)原因分析可知，確因最初設(shè)計(jì)時(shí)工藝條件描述錯(cuò)誤所致，為了滿足目前的操作使用需求，決定改進(jìn)攪拌的設(shè)計(jì)，以滿足其高黏啟動(dòng)的需要，基本的改進(jìn)措施為：改進(jìn)槳葉形式、加粗?jǐn)嚢栎S并且改成變頻控制，使其在高黏狀態(tài)下低速啟動(dòng)。
       五、小結(jié)
       通過(guò)本公司三個(gè)攪拌器故障的分析和解決，可知攪拌器故障的發(fā)生和工藝設(shè)計(jì)、操作狀況有緊密的聯(lián)系，如果出現(xiàn)了故障，就應(yīng)該綜合工藝設(shè)計(jì)和操作過(guò)程來(lái)找出故障的根源，繼而找到最終的解決辦法。
       作者：杜海燕  單位：帝斯曼維生素（上海）有限公司