寧召寬,楊 森,高天吉

(中國石油化工股份有限公司濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250101)

目前潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)多采用“老三套”工藝(即溶劑精制、溶劑脫蠟脫油、白土補(bǔ)充精制)和加氫處理/精制工藝相結(jié)合的技術(shù)路線，生產(chǎn)高粘指基礎(chǔ)油、全精煉蠟和微晶蠟等產(chǎn)品，因此“老三套”工藝的穩(wěn)定運(yùn)行不容忽視。三套工藝中，溶劑脫蠟脫油的工藝仍處于重要地位。該工藝中蠟液罐是為生產(chǎn)蠟的前置緩沖罐，罐中的蠟液為蠟膏、油和溶劑的混合介質(zhì)，粘度較高，易堆積凝結(jié)為蠟塊，堵塞機(jī)泵入口，影響機(jī)泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，引起裝置生產(chǎn)波動。為了防止蠟液凝結(jié)和堆積，采用機(jī)械攪拌方式對蠟液罐內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行攪拌。由于攪拌形式單一，導(dǎo)致蠟液罐內(nèi)存在死角，蠟液混合不均勻，可能出現(xiàn)少部分蠟塊逐漸累積影響設(shè)備運(yùn)行的情況，并且機(jī)械攪拌運(yùn)行過程中存在密封泄漏、減速機(jī)損壞、軸承損壞等問題，維修過程復(fù)雜，故障率高，能耗高，不符合當(dāng)今形勢下安全環(huán)保的要求，為裝置連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行帶來了極大挑戰(zhàn)。因此，機(jī)械攪拌的改造已經(jīng)成為亟需解決的課題。

為解決蠟液罐機(jī)械攪拌使用問題，對攪拌形式進(jìn)行改造，將機(jī)械攪拌改造為射流攪拌。射流攪拌是以機(jī)泵輸送介質(zhì)為驅(qū)動力，推動射流噴嘴全方位轉(zhuǎn)動，對蠟液罐內(nèi)的蠟膏、油和溶劑介質(zhì)進(jìn)行覆蓋性攪拌噴射混合，改善蠟液罐混合不充分、不均勻現(xiàn)象，有效防止蠟塊堆積，攪拌效果好，密封效果好，安全可靠，運(yùn)行中無振動、無噪音，可有效避免機(jī)械攪拌存在的問題，提高蠟液罐的平穩(wěn)運(yùn)行。

1 機(jī)械攪拌的結(jié)構(gòu)及使用情況

1.1 機(jī)械攪拌的結(jié)構(gòu)

蠟液罐的機(jī)械攪拌采用框式攪拌器，其主要特點(diǎn)是攪拌葉輪(即蠟液罐內(nèi)旋轉(zhuǎn)部件)的外徑比蠟液罐的內(nèi)徑稍小，呈圓形，由攪拌軸帶動其進(jìn)行攪拌?？蚴綌嚢杵鞯牟考饕须妱訖C(jī)、攪拌葉輪、減速機(jī)、軸、軸承、密封結(jié)構(gòu)和框架等。攪拌軸的驅(qū)動端和非驅(qū)動端均采用機(jī)械密封，非驅(qū)動端設(shè)有軸承支撐。機(jī)械攪拌結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)為一套獨(dú)立的攪拌系統(tǒng)，與工藝管道及設(shè)備無任何直接關(guān)系。

圖1 機(jī)械攪拌結(jié)構(gòu)

1.2 機(jī)械攪拌的使用情況

框式攪拌器由于直徑較大，攪拌葉輪較簡單，且葉輪中間無連接結(jié)構(gòu)，因此會造成攪拌效果不理想、攪拌存在死角等問題，同時(shí)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，還容易磨損部件，故需定期對機(jī)械攪拌進(jìn)行維護(hù)。

1.3 機(jī)械攪拌的具體故障

通過統(tǒng)計(jì)2019年至今機(jī)械攪拌的故障情況(見表1)可知，機(jī)械攪拌主要存在密封泄漏、減速機(jī)損壞、減速機(jī)滲油等問題。根據(jù)攪拌器的拆檢情況及檢維修過程，對部分問題進(jìn)行原因分析。

表1 2019年至今機(jī)械攪拌故障情況

1.3.1 機(jī)械密封滲漏

機(jī)械密封發(fā)生泄漏主要原因是:蠟液介質(zhì)較粘稠，動、靜環(huán)密封面存有蠟液后，端面密封效果變差，密封點(diǎn)出現(xiàn)泄漏;裝配過程中未按照維修規(guī)程安裝，導(dǎo)致靜環(huán)損壞;攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn)過程中晃動幅度略大，造成機(jī)械密封補(bǔ)償件的追隨性降低;彈簧壓縮量不到位;“O”形密封圈擠壓變形等。

1.3.2 減速機(jī)內(nèi)部軸承磨損

減速機(jī)軸承或者齒輪發(fā)生磨損后，會引起減速機(jī)溫度升高、有雜音、振動超指標(biāo)、損壞故障等問題。減速機(jī)內(nèi)部軸承發(fā)生磨損的原因主要是:減速機(jī)潤滑油管理不到位，導(dǎo)致出現(xiàn)潤滑油液位不滿足要求、假油位、油品變質(zhì)等情況;巡檢不到位，未定期維護(hù)保養(yǎng)。

1.3.3 減速機(jī)軸封滲油

減速機(jī)軸封滲油的原因主要是:軸封的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過長，老化變硬，局部發(fā)生斷裂或龜裂;攪拌軸晃動略大，導(dǎo)致軸封失位磨損;檢維修安裝未到位，或安裝過程出現(xiàn)軸封損壞現(xiàn)象;潤滑油變質(zhì)或較臟，影響軸封的密封效果。

由于機(jī)械攪拌發(fā)生問題較多，且原因復(fù)雜，同時(shí)巡檢及維護(hù)保養(yǎng)占用較多時(shí)間，檢修程序較多，過程復(fù)雜，因此考慮采用射流攪拌取代機(jī)械攪拌，以降低設(shè)備的故障發(fā)生率，節(jié)約檢維修和保養(yǎng)成本，增強(qiáng)裝置平穩(wěn)運(yùn)行的可靠性。

2 射流攪拌的原理和實(shí)踐應(yīng)用

2.1 射流攪拌的工作原理

改造采用旋噴射流攪拌器，如圖2所示。該攪拌器主要由噴嘴、傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)體等構(gòu)成，其中噴嘴和機(jī)座均能實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。其旋轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動力均由蠟液罐外的機(jī)泵提供，射流攪拌器本身不帶有任何的驅(qū)動裝置。機(jī)泵通過管道輸送介質(zhì)至射流攪拌器，噴嘴和機(jī)座被輸送介質(zhì)驅(qū)動，以一定的速度旋轉(zhuǎn);介質(zhì)通過噴嘴以較高的速度噴射至蠟液罐中，形成噴射式流體，充分混合蠟液罐的內(nèi)部物料，同時(shí)能夠破碎蠟液，防止堆積蠟塊。

圖2 射流攪拌器結(jié)構(gòu)

射流攪拌器主要采用射流的工作原理，即介質(zhì)流體通過噴嘴高速進(jìn)入周圍區(qū)域，依靠射流的卷吸和高速沖擊作用，充分混合介質(zhì)【1】。介質(zhì)從噴嘴噴射出來后，在噴嘴附近區(qū)域，較高速度的射流就會形成剪切層;剪切層的不穩(wěn)定性導(dǎo)致渦旋形成，介質(zhì)被射流卷吸，增強(qiáng)了蠟液罐內(nèi)不同介質(zhì)的均勻混合效果【2】。射流攪拌器通過射流的卷吸以及其高速沖擊作用，再加上機(jī)座和噴嘴不斷旋轉(zhuǎn)改變射流方向，可充分?jǐn)嚢杌旌喜煌橘|(zhì)。

2.2 實(shí)踐應(yīng)用及效果

2.2.1 噴射效果計(jì)算【3】

以蠟液罐所用的射流攪拌器為例，通過估算攪拌器的噴射距離，驗(yàn)證改造的攪拌器是否符合使用要求。

推算噴嘴出口的流速:

式中:V1——噴嘴的出口流速，m/s;

Q——噴嘴的流量，取12 m3/h;

S——噴嘴出口截面積，m2;按直徑d＝0.012 m計(jì)算。

推算噴嘴的噴射距離:

通過射流機(jī)理可知，只有當(dāng)處于噴射距離尾端的流速V尾≥0.5 m/s時(shí)，才能保證蠟液罐攪拌混合均勻，故將V尾假設(shè)為0.5 m/s，并經(jīng)衰減公式計(jì)算噴嘴的最遠(yuǎn)噴射距離L。

式中:k——系數(shù)，取0.966;

L——噴嘴的最遠(yuǎn)噴射距離，m。

通過計(jì)算可得，噴嘴的最遠(yuǎn)噴射距離L＝4.48 m，大于蠟液罐的直徑(2 m)，故能保證介質(zhì)實(shí)現(xiàn)充分混合。

2.2.2 實(shí)踐應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，拆除蠟液罐的攪拌器、電機(jī)、減速機(jī)等設(shè)備，原攪拌軸開孔處由法蘭封堵;在蠟液罐中下部側(cè)面安裝介質(zhì)輸送管道，并將射流攪拌器直接固定在輸送管道出口法蘭上。改造后的射流攪拌器所用介質(zhì)由裝置已有機(jī)泵增加的出口分支輸送，經(jīng)過濾器進(jìn)入射流攪拌器。射流攪拌器流程示意如圖3所示。

圖3 射流攪拌器流程示意

2.2.3 應(yīng)用效果

通過一段時(shí)間的實(shí)際使用驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)機(jī)泵入口出現(xiàn)堵塞情況，且射流攪拌器運(yùn)行期間，未發(fā)生缺陷或故障，蠟罐液位平穩(wěn)無波動，同時(shí)，消除了原機(jī)械攪拌存在的泄漏情況。射流攪拌器結(jié)構(gòu)精密且小巧，運(yùn)轉(zhuǎn)速度較低，降低了故障的發(fā)生次數(shù)和檢維修成本，節(jié)省了維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

改造前，原兩臺機(jī)械攪拌所用電機(jī)電流均為10 A，按每年運(yùn)行360 d計(jì)算，每年共耗電94 395 k W·h;改造后，原機(jī)械攪拌電機(jī)拆除停用。而射流攪拌器投用后，輸送介質(zhì)所用的已有電機(jī)電流僅增加1 A，每年增加電耗約5 060 kW·h，因此計(jì)算下來每年可節(jié)電89 335 k W·h，電價(jià)按照0.6元/(k W·h)計(jì)算，則每年能節(jié)省耗電成本53 601元。

3 攪拌方式對比

通過對比機(jī)械攪拌和射流攪拌，可以看出射流攪拌滿足蠟液罐的攪拌效果:

1)射流攪拌器結(jié)構(gòu)特殊，旋轉(zhuǎn)軌跡不重復(fù)，能實(shí)現(xiàn)全方位全覆蓋地?cái)嚢瑁鴻C(jī)械攪拌形式單一，存在死角。

2)射流攪拌器不存在外部密封點(diǎn)，無介質(zhì)泄漏風(fēng)險(xiǎn)，而機(jī)械攪拌故障率較高，維修程序復(fù)雜，工作量較大，維護(hù)費(fèi)用較高。

3)射流攪拌器可借用現(xiàn)有機(jī)泵流程作為驅(qū)動，不需像機(jī)械攪拌那樣使用單獨(dú)的電機(jī)，安全平穩(wěn)可靠;單獨(dú)電機(jī)停用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的效果。

4)射流攪拌器噴嘴噴射的高速流體介質(zhì)能對罐壁進(jìn)行清洗，防止蠟液在罐壁粘附。

5)射流攪拌器所用流體能實(shí)現(xiàn)對蠟液罐介質(zhì)的混合和稀釋作用，減少蠟液聚集。

4 結(jié)語

旋噴射流攪拌器具有攪拌效率高、混合效果好、故障率較低等優(yōu)點(diǎn)，并且運(yùn)行過程中完全能滿足工藝要求，同時(shí)，采用射流攪拌取代機(jī)械攪拌，從根本上解決了密封泄漏問題，降低了設(shè)備故障的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)和檢修維護(hù)成本，減少了檢維修次數(shù)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。此次改造效果和經(jīng)驗(yàn)可為類似設(shè)備的改造提供參考，并為節(jié)能降耗的方案措施提供新思路。