杜海燕

（帝斯曼維生素（上海）有限公司，上海 201419）

淺析三個攪拌器故障的原因和解決方法

杜海燕

（帝斯曼維生素（上海）有限公司，上海 201419）

針對帝斯曼維生素（上海）有限公司三臺攪拌器的故障，進行了故障根源分析，綜合工藝設(shè)計和操作狀況找出了相應(yīng)的解決對策。

攪拌器；扭矩；工藝；操作狀態(tài)

攪拌操作過程是化工、石油化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)最常見的操作過程之一，其目的是使兩種或兩種以上的介質(zhì)能達到最大程度的接觸，從而在預(yù)定的時間內(nèi)完成所需要的混合、傳質(zhì)、傳熱或反應(yīng)過程，或同時進行上述兩個以上的過程，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[1]。而完成攪拌過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)簡單的機械設(shè)備，由傳動裝置（電動機、變速器、機架和聯(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，如果一個部件出現(xiàn)問題都會導致整個攪拌運行出現(xiàn)異常，所以攪拌器在工藝上又是一個復(fù)雜的設(shè)備。如果發(fā)生故障，故障的根源卻并不簡單，不僅和機械結(jié)構(gòu)本身有關(guān)，還會和工藝設(shè)計、生產(chǎn)操作等多方因素相關(guān)。本文描述的3個攪拌器的故障就和工藝設(shè)計和生產(chǎn)操作有直接聯(lián)系。

1 攪拌器的設(shè)計和使用工況簡述

本文提到的三個攪拌器，這里以1號、2號和3號進行區(qū)分∶1）1號攪拌器

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)，同時攪拌器開始運行，當反應(yīng)釜內(nèi)達到設(shè)定溫度時，另一種參與反應(yīng)的固液懸浮液開始加入，隨后化學反應(yīng)開始。完成一批次的運行需要3～4h，期間反應(yīng)釜內(nèi)物料的黏度在周期性的變化，最高時可達到15 000～25 000cP。

設(shè)計狀態(tài)∶此攪拌器采用三層槳的設(shè)計方案，槳葉形式采用INTER.MIG型。因為反應(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械密封。因為攪拌物料粘度在周期性的變化，所以采用變頻器進行速度調(diào)節(jié)。攪拌器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2）2號攪拌器

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，在整個攪拌運行的過程中，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)計采用二層槳的設(shè)計方案，槳葉形式仍為 INTER.MIG型，定速設(shè)計。同時此反應(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械密封。攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3）3號攪拌器

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，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)計狀態(tài)∶同2號攪拌器，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 攪拌器結(jié)構(gòu)圖

2 故障描述

1號攪拌器∶葉輪彎曲嚴重，如圖2所示，通過軸跳動測試，初步懷疑軸已經(jīng)彎曲；機械密封出現(xiàn)密封沖洗液嚴重泄漏現(xiàn)象。

圖2 槳葉

2號攪拌器∶機械密封沖洗液泄漏嚴重，一個新的機封換上去使用不到半個月，就出現(xiàn)泄漏。

3號攪拌器∶從反應(yīng)釜的視鏡觀察攪拌軸的轉(zhuǎn)動情況，發(fā)現(xiàn)軸在運轉(zhuǎn)過程中的跳動量很大，從維修部的粗測數(shù)據(jù)上（如圖3所示）也可以看出軸已經(jīng)出現(xiàn)了彎曲。另外機械密封也出現(xiàn)嚴重泄漏，同樣一個新的機械密封使用不到半個月就出現(xiàn)泄漏。

3 故障原因分析

從3個攪拌器故障情況的描述可以看出2項共同點∶一是機械密封損壞，導致機封沖洗液泄漏；二是軸或葉輪出現(xiàn)了不同程度的彎曲。那么是否這三臺攪拌器都是同樣的原因損壞的呢？首先我們就要分析機械密封在什么情況下會出現(xiàn)泄漏，軸或葉輪在什么情況會出現(xiàn)彎曲？

通過本公司設(shè)備故障狀況的總結(jié)，可知機械密封泄漏的原因有以下幾項∶

圖3 重錘檢查數(shù)據(jù)

密封沖洗系統(tǒng)本身有泄漏導致密封沖洗壓力降低，沖洗液不能及時供到動靜環(huán)處致使動靜環(huán)出現(xiàn)干磨而碎裂，出現(xiàn)密封液軸端泄漏；

O型密封圈材料和所接觸的工藝物料不兼容，導致O型圈溶解損壞，密封沖洗液軸端泄漏，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，會導致機封沖洗液不能及時或足量的供到動靜環(huán)處，導致動靜環(huán)因干磨出現(xiàn)碎裂。

攪拌軸彎曲，導致軸在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)過量的擺動，因為動環(huán)和軸是一起轉(zhuǎn)動的，所以動環(huán)的不正常轉(zhuǎn)動會導致密封面之間的不正常接觸，從而使動靜環(huán)產(chǎn)生不同程度的損壞。

攪拌軸或槳葉（最大程度是槳葉）突然受到來自外部的瞬間沖擊，瞬間沖擊能通過軸傳導到最薄弱的密封面處（因為動靜環(huán)的材料為易碎的碳化硅-石墨），導致動靜環(huán)損壞，密封沖洗液泄漏。

軸或葉輪彎曲的可能原因有以下幾項∶

啟動扭矩過大，導致軸在瞬間扭彎。（通常情況下，電機都有過載保護，但是啟動扭矩變大是瞬間的，而電機的過載保護是需要時間，如果電機過載停掉了，但在停掉之前，軸已經(jīng)因為瞬間的大扭矩而彎曲）。

運行過程中突然遇到了過大的負載，槳葉為了沖破負載，也是短時間內(nèi)出現(xiàn)扭矩變大，導致軸或葉輪扭彎。

首先針對3個攪拌都出現(xiàn)的密封泄漏的問題，首先檢查密封系統(tǒng)的所有連接點，沒有發(fā)現(xiàn)漏點，并且確認過在出現(xiàn)泄漏之前沒有出現(xiàn)過低液位和壓力過低報警，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，并且從壞掉的機封內(nèi)拆下的O型圈也是完好的，沒有出現(xiàn)任何腐蝕的狀況，從而也否定了O型圈材料選擇錯誤的說法。那么就只能從后兩項中找原因了，這兩項和工藝及操作都有關(guān)系，下面就逐一分析其工藝設(shè)計或操作過程。

1號攪拌器∶

此臺攪拌器的故障顯示葉輪已經(jīng)彎曲，初步懷疑軸也彎曲。那么首先我們先來分析為什么葉輪和軸會彎曲？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。因為最初輸送泵的選型錯誤導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不好，有可能瞬間一股物料進入反應(yīng)釜，又因為物料中的固體含量比較高，物料瞬間會形成一個小山，而攪拌槳在沖破物料山時，負載瞬間上升，扭矩變大，也就滿足了軸或葉輪彎曲的第二個原因。為了驗證這一方法，我們監(jiān)控了電流的變化，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)電流是維持在定值，但是有些時候電流會有比較小的上升，但是我們發(fā)現(xiàn)了幾次電流急劇上升，幾乎快要超載，如圖5所示。從而可以證明我們判斷的正確。繼而可推機械密封泄漏的主要原因是軸彎導致動靜環(huán)碎裂而泄漏。

圖4 負載電流

2號攪拌器∶

經(jīng)過幾批料的現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)在攪拌運行過程中有大量的固體出現(xiàn)，固體尺寸不大，但是密集度比較大，當攪拌運行時，固體隨著釜內(nèi)的液體翻轉(zhuǎn)，類似于水中的沙粒。又通過運行時攪拌軸的運行狀態(tài)初步確定攪拌軸沒有出現(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，瞬間的沖擊能通過槳葉、軸傳導到整套攪拌系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)—機械密封動靜環(huán)處（材料是石墨和碳化硅），導致動靜環(huán)碎裂而導致機械密封泄漏。

3號攪拌器∶

通過操作觀察，發(fā)現(xiàn)在每批料放光之后，在釜底都有一層比較厚的十分黏稠的物料出現(xiàn)，取樣后測試得知為含有某種副產(chǎn)品的混合物，并且測試得知這種物料的黏度在25 000cP以上，這就完全超出了當初攪拌設(shè)計的幾CP的要求，并且此臺攪拌底層槳葉距釜底的距離只有100mm，當?shù)讓訕~陷入或埋入高黏物料內(nèi)，當再一次啟動攪拌時會導致攪拌器也超載而瞬間扭距過大打彎軸或槳葉。通過軸端的軸跳動檢測和攪拌軸的運轉(zhuǎn)情況可以確定軸已經(jīng)彎曲，繼而可以判斷是軸彎帶動了機械密封的損壞而泄漏。

4 問題解決

原因已經(jīng)找到，該如何解決這些問題呢？3個攪拌器的設(shè)計和使用工況均不相同，所以解決問題的方式是不同的，現(xiàn)在就按照每臺的實際情況來解決問題。

1號攪拌器∶為了避免之前描述的料山超載的情況，現(xiàn)在有短期和長期兩種解決方式∶

短期方案∶因為短期內(nèi)仍然要使用真空轉(zhuǎn)料，不可避免的可能會再次出現(xiàn)過大的料山狀態(tài)導致攪拌過載，所以為了避免在這種情況下攪拌過載，將攪拌器的轉(zhuǎn)速調(diào)低，慢速打破料山避免過載發(fā)生。但這只是一個應(yīng)急的短期方案，仍然有一定的風險發(fā)生，對生產(chǎn)來說一勞永逸的方案應(yīng)該是徹底規(guī)避掉這個風險。所以長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的輸送到反應(yīng)釜內(nèi)，但是為了規(guī)避超載的可能性，仍然在轉(zhuǎn)料時使用低速。

2號攪拌器∶針對外部瞬間沖擊這個原因，攪拌器本身沒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去除固體顆粒的出現(xiàn)。之后工藝和化學師通過取樣分析，確定此固體是因為某種原料的加料速率過大導致的，調(diào)整了加料速率，經(jīng)過幾批反應(yīng)的實驗，固體顆粒消失。

3號攪拌器∶根據(jù)原因分析可知這個確實屬于最初設(shè)計時工藝條件描述錯誤，為了滿足目前的操作使用需求，決定改進攪拌的設(shè)計，以滿足其高黏啟動的需要，基本的改進措施為改進槳葉形式、加粗攪拌軸并且改成變頻控制，使其在高黏狀態(tài)下低速啟動。

5 小結(jié)

通過本公司三個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、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)計和操作過程來找出故障的根源，繼而找到最終的解決辦法。

Analysis on the Cause and Solution of Three Mixer Faults

Du Hai-yan

In view of the failure of the three agitators of the Company，the root causes of the fault analysis，the comprehensive process design and operation status to find out the corresponding countermeasures.

stirrer；torque；process；operating state

TQ051.72

B

1003-6490（2017）02-0063-02

2017-01-15

杜海燕（1977—），女，河北隆化人，工程師，主要從事機械方面的工作。