杜林川

天津津?yàn)I石化設(shè)備有限公司 天津 300271

PTA裝置攪拌器常見故障分析及改進(jìn)措施

杜林川

天津津?yàn)I石化設(shè)備有限公司 天津 300271

對(duì)攪拌器機(jī)械密封泄露、攪拌軸擺動(dòng)及槳葉變形、軸承或齒輪磨損、減速機(jī)漏油等影響PTA裝置長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行的主要問題進(jìn)行了原因分析，提出了改進(jìn)措施，提高了設(shè)備的長周期運(yùn)行能力。對(duì)于煉化裝置同類型設(shè)備運(yùn)行、檢修、維護(hù)等方面有著借鑒作用。

攪拌器 減速機(jī) 機(jī)械密封 攪拌軸 軸承

某石化公司精對(duì)苯二甲酸（PTA）裝置由日本三井造船工程公司引進(jìn)，采用日本三井化學(xué)公司（MPC）的專利技術(shù)：對(duì)二甲苯（PX）在185～195℃溫度下和1.0～1.2MPa的壓力下，經(jīng)醋酸鈷錳及四溴乙烷的催化作用與空氣中的氧反應(yīng)，生成粗對(duì)苯二甲酸（CTA），再經(jīng)過加氫精制最終獲得精對(duì)苯二甲酸（PTA）。

攪拌器作為PTA裝置的重要設(shè)備，對(duì)漿料中固液介質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流并均勻混合，其運(yùn)行狀況的好壞對(duì)氧化、結(jié)晶等生產(chǎn)工藝的反應(yīng)效果起著關(guān)鍵作用，同時(shí)對(duì)減少物料對(duì)閥門和管線的堵塞及裝置的正常運(yùn)行具有重要影響。

1 攪拌器結(jié)構(gòu)簡介

PTA裝置攪拌器安裝在各氧化或結(jié)晶罐頂部，根據(jù)漿料的粘度、固體組分的粒度、比重、流體的流動(dòng)形式等要求的不同，主要有旋槳式、槳式或錨式幾種形式，采用單層或雙層漿葉。其結(jié)構(gòu)上由齒輪減速器、機(jī)械密封箱體組件、攪拌軸、漿葉及底座軸承（或支撐）組成（見圖1）。其中部分機(jī)體無底部軸承或支撐，而采用懸臂結(jié)構(gòu)。材料方面，漿葉、軸及內(nèi)件等零部件由于長期浸沒在反應(yīng)物料中，需根據(jù)介質(zhì)要求選用材質(zhì)，通常為鈦、316L或304L等。

2 常見故障及原因分析

由于攪拌器部件組成較多，液體在罐體內(nèi)作切向和徑向的渦旋運(yùn)動(dòng)，總體流動(dòng)較復(fù)雜，同時(shí)PTA裝置物料組分及粘度時(shí)常發(fā)生變化，工況條件較差，因此是PTA裝置中最易發(fā)生故障的設(shè)備之一。根據(jù)10余年來對(duì)PTA裝置維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，因攪拌器而影響裝置“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運(yùn)行的常見故障有以下幾個(gè)方面：

2.1 機(jī)械密封泄露

攪拌器用的雙端面機(jī)械密封罐側(cè)發(fā)生泄漏時(shí)，密封腔高壓沖洗液將漏入罐內(nèi)，造成介質(zhì)組份發(fā)生變化，不能滿足工藝要求；大氣側(cè)泄漏時(shí)，高壓沖洗液無法保壓，嚴(yán)重時(shí)罐內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生外漏，特別是TA單元醋酸等有害物料泄露時(shí)對(duì)環(huán)境影響很大，同時(shí)產(chǎn)生較大安全隱患。機(jī)械密封泄露的主要原因?yàn)椋?/p>

（1）PTA裝置中壓攪拌器機(jī)械密封工作壓力為2.6～6.4MPa(表壓)，多使用載荷系數(shù)K＜1的平衡型雙端面機(jī)械密封，故壓力的變化一般不會(huì)引起端面比壓的較大變化。但由于介質(zhì)壓力產(chǎn)生的軸向力會(huì)使碳石墨靜環(huán)發(fā)生軸向機(jī)械變形，將靜環(huán)與靜環(huán)座間微觀上的波峰和波谷傳遞到密封接觸面之間，使動(dòng)、靜環(huán)之間產(chǎn)生微小間隙，進(jìn)而引起密封泄漏。

（2）部分備件密封面平面度超標(biāo)、動(dòng)靜環(huán)或O型環(huán)的尺寸偏差或硬質(zhì)合金鑲嵌工藝不達(dá)標(biāo)等造成動(dòng)靜環(huán)摩擦副、軸套與軸、動(dòng)環(huán)與軸套、靜環(huán)與靜環(huán)座之間各密封點(diǎn)或硬質(zhì)合金鑲嵌處出現(xiàn)泄漏。

（3）攪拌軸擺動(dòng)過大等其它故障，造成密封彈性補(bǔ)償元件追隨性不足，甚至造成動(dòng)靜環(huán)機(jī)械性碎裂。

（4）壓縮量不當(dāng)、裝配誤差等常見原因?qū)е碌臋C(jī)械密封泄漏。

2.2 攪拌軸擺動(dòng)幅度大，槳葉變形、磨損或脫落

這類故障發(fā)生時(shí)會(huì)使?jié){料混合不充分，結(jié)晶粒度分布不均，物料結(jié)塊導(dǎo)致出料不暢，加速了底部軸承或支撐的磨損，甚至擊穿罐體鈦材襯里，導(dǎo)致攪拌器不能正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，影響整個(gè)裝置的生產(chǎn)，同時(shí)可能間接造成減速機(jī)軸封漏油或機(jī)械密封泄露。這種情況產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?/p>

（1）攪拌器超負(fù)荷運(yùn)行。例如某PTA單元結(jié)晶裝置原設(shè)計(jì)負(fù)荷為125t/h，經(jīng)兩次擴(kuò)容改造后實(shí)際進(jìn)料負(fù)荷為165t/h。由于絕大部分?jǐn)嚢杵鳈C(jī)體并未做相應(yīng)改造，實(shí)際負(fù)荷為原設(shè)計(jì)負(fù)荷的1.32倍，因而漿料對(duì)攪拌軸和槳葉造成長期較大的沖擊，使其發(fā)生彎曲、變形。

（2）工藝和負(fù)荷系統(tǒng)調(diào)整過快，罐內(nèi)物料急進(jìn)急出，造成液位波動(dòng)嚴(yán)重。不均勻湍流造成攪拌器負(fù)荷變化較大，導(dǎo)致軸擺動(dòng)大，造成攪拌軸、漿葉變形或損壞。

（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，攪拌軸或槳葉剛度不足產(chǎn)生過大撓度。嚴(yán)重時(shí)使攪拌軸脫出下部滑動(dòng)軸承形成懸臂，或使槳葉扭曲變形，旋轉(zhuǎn)流道和所受反力發(fā)生變化，產(chǎn)生劇烈擺動(dòng)，甚至脫落。

（4）工藝介質(zhì)腐蝕是PTA裝置的主要問題，腐蝕介質(zhì)主要為高溫醋酸、溴離子、氯離子等，對(duì)漿葉及攪拌軸形成腐蝕，降低了零部件的剛度和強(qiáng)度，使其磨損、變形等損壞加速。

（5）由于上游設(shè)備故障或管道改造未清理干凈等原因使管路中硬質(zhì)異物進(jìn)入罐體，對(duì)槳葉或攪拌軸產(chǎn)生撞擊，造成磨損或變形。

2.3 齒輪減速機(jī)軸承或齒輪損壞

軸承或齒輪損壞后造成減速機(jī)傳動(dòng)精度降低，振動(dòng)增大、溫度升高，甚至發(fā)生抱軸，使減速機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，攪拌器停機(jī)。這種情況產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?/p>

（1）部分型號(hào)減速機(jī)二級(jí)齒輪上部軸承為帶防塵蓋軸承，出廠時(shí)預(yù)先添加油脂后自行潤滑。但長期在溫度較高、負(fù)荷較大情況下運(yùn)行，潤滑脂流失，導(dǎo)致軸承損壞。

（2）部分減速機(jī)位于罐體底部，罐體密封泄漏時(shí)造成減速機(jī)進(jìn)水，潤滑油乳化，對(duì)軸承及齒輪不能起到潤滑的作用，造成減速機(jī)損壞嚴(yán)重。

（3）運(yùn)行周期過長，未及時(shí)維護(hù)檢修。

（4）潤滑管理不當(dāng)，潤滑油變質(zhì)、乳化、存在雜質(zhì)、油位過低或假油位等。

2.4 齒輪減速機(jī)漏油

齒輪減速機(jī)漏油不僅污染設(shè)備本體，影響設(shè)備外觀，使設(shè)備無法達(dá)到完好標(biāo)準(zhǔn)，還會(huì)造成更嚴(yán)重的后果：由于齒輪箱缺油，可能導(dǎo)致齒輪磨損或軸承損壞，增加了設(shè)備損壞的幾率，甚至?xí)斐烧麄€(gè)減速箱報(bào)廢。這種情況產(chǎn)生的主要原因?yàn)椋?/p>

（1）部分備件安裝油封部位的軸或軸套表面加工粗糙，光潔度不夠，或耐磨層硬度不足，磨損嚴(yán)重，加速了油封的磨損。

（2）減速機(jī)箱體 O型環(huán)或膠墊老化、尺寸偏差大，造成檢修裝配時(shí)無法安裝到位。

（3）油封老化，局部出現(xiàn)龜裂。

（4）中分面、視鏡等密封面清理不測(cè)底，存在油污臟物影響密封效果。

（5）攪拌軸擺動(dòng)過大等其它故障，造成油封處產(chǎn)生磨損。

3 改進(jìn)措施

3.1 防止機(jī)械密封泄露措施

（1）采用創(chuàng)新的安裝工藝，利用碳石墨靜環(huán)與鋼制靜環(huán)座材質(zhì)上的硬度差，通過兩者對(duì)研消除間隙，進(jìn)而達(dá)到嚴(yán)密貼合的效果，避免碳石墨靜環(huán)產(chǎn)生機(jī)械變形，從而避免密封泄露；

（2）利用光干涉法確認(rèn)機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)平面度符合技術(shù)要求（干涉條紋數(shù)不大于3條，即平面度不大于0.9μm），對(duì)密封件尺寸及技術(shù)要求進(jìn)行復(fù)測(cè)，避免備件問題造成泄露；

（3）及時(shí)處理和消除其它故障，避免對(duì)機(jī)械密封造成損壞；

（4）嚴(yán)格安裝工藝，合理確定彈簧壓縮量等技術(shù)參數(shù)，提高安裝質(zhì)量。

3.2 防止攪拌軸擺動(dòng)及槳葉磨損措施

（1）強(qiáng)化工藝操作參數(shù)的控制管理，防止超溫、超壓和超負(fù)荷運(yùn)行的情況發(fā)生，必要時(shí)根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際負(fù)荷對(duì)攪拌器進(jìn)行改造；

（2）制定平穩(wěn)負(fù)荷調(diào)整的措施，按規(guī)定曲線提降負(fù)荷，嚴(yán)格控制工藝進(jìn)出料速率，避免負(fù)荷的波動(dòng)對(duì)攪拌器的損壞。加強(qiáng)DCS監(jiān)盤，隨時(shí)掌握攪拌器運(yùn)行電流的變化及工藝負(fù)荷的變化，以防罐內(nèi)物料發(fā)生沉積和結(jié)塊，進(jìn)而對(duì)槳葉及攪拌軸產(chǎn)生沖擊，增加攪拌器運(yùn)行的平穩(wěn)程度；

（3）核算軸徑設(shè)計(jì)尺寸，測(cè)量直線度和跳動(dòng)并做調(diào)直處理，對(duì)設(shè)計(jì)不合理的零部件適當(dāng)加大直徑或厚度，增加剛度；

（4）零部件選用合理材質(zhì)，控制罐內(nèi)腐蝕離子在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，定期進(jìn)行檢查監(jiān)測(cè)，掌握零部件腐蝕情況，必要時(shí)及時(shí)更新；

（5）施工后及運(yùn)行中定期清理濾網(wǎng)及管路，防止異物進(jìn)入。

3.3 避免軸承或齒輪損壞措施

（1）將防塵軸承內(nèi)普通潤滑脂改為高溫特殊潤滑脂，避免油脂流失，解決由于軸承缺少潤滑脂而導(dǎo)致軸承損壞的問題；

（2）對(duì)填料密封進(jìn)行日常緊固和定期更換，并在密封及減速機(jī)間加裝擋水甩環(huán)，避免物料流入減速機(jī)；

（3）按照軸承、齒輪運(yùn)行壽命合理制定檢修計(jì)劃，定期維護(hù)建檢修；

（4）加強(qiáng)潤滑管理，做好“五定”（定時(shí)、定點(diǎn)、定人、定質(zhì)、定量）和“三級(jí)過濾”，定期監(jiān)控潤滑油質(zhì)、油位等。

3.4 防止漏油措施

（1）加強(qiáng)墊片、軸封和軸套等備品備件的復(fù)驗(yàn)工作，不僅核查尺寸，還要檢查外觀，確保達(dá)到精度要求。對(duì)發(fā)現(xiàn)有問題的備件堅(jiān)決不用到機(jī)器上，把故障隱患解決在裝配前；

（2）彈性密封件選材合理，檢修時(shí)及時(shí)更換，消除漏點(diǎn)及設(shè)備運(yùn)行中的不安全隱患；

（3）對(duì)減速器箱體及各個(gè)密封面進(jìn)行徹底地清洗，保證各個(gè)裝配部位的潔凈，提高整機(jī)的安裝精度；

（4）及時(shí)處理相關(guān)故障，以減小對(duì)減速機(jī)軸封的影響。

3.5 綜合管理方面

攪拌器的故障往往不是孤立發(fā)生的，各問題間存在著互為因果的關(guān)系及許多共性的原因，這就要求在故障預(yù)防方面要統(tǒng)籌考慮，綜合治理，主要措施有：

（1）加強(qiáng)攪拌器的備品備件管理，特別是設(shè)計(jì)選型、技術(shù)談判、入廠檢驗(yàn)及安裝前復(fù)核等前期管理，尤其要對(duì)軸承、機(jī)械密封、油封等備件的尺寸、技術(shù)控制指標(biāo)進(jìn)行檢查，保證更換備件的完好，適應(yīng)長周期運(yùn)行的要求；

（2）強(qiáng)化檢修維護(hù)的過程控制管理，做好中間驗(yàn)收和質(zhì)量評(píng)定，保證每道裝配工序的精度，保證檢修質(zhì)量，降低故障率；

（3）加強(qiáng)巡檢管理，提高巡檢質(zhì)量。定時(shí)觀察減速機(jī)的油位和油質(zhì)，用聽診器監(jiān)聽減速機(jī)內(nèi)運(yùn)行聲音，及時(shí)消除跑冒滴露和故障隱患，防止故障劣化；

（4）利用裝置定期計(jì)劃停車機(jī)會(huì)，對(duì)攪拌器的攪拌軸、槳葉、減速機(jī)軸承、齒輪、機(jī)械密封和油封等零部件進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，對(duì)各運(yùn)轉(zhuǎn)部位做到應(yīng)修必修，修必修好，不留死角。

以上是筆者對(duì)PTA裝置攪拌器運(yùn)行10余年的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，其中敘述的攪拌器故障分析和改進(jìn)措施在實(shí)踐中經(jīng)過認(rèn)真落實(shí)，極大地提高了設(shè)備的長周期運(yùn)行能力，使我們維護(hù)的PTA裝置正在由三年一修向四年一修過渡。在今后的工作中，我們還將續(xù)探索和總結(jié)，最大限度地發(fā)揮設(shè)備最大效率，使其達(dá)到長周期、滿負(fù)荷、安全運(yùn)行的管理目標(biāo)。

1 陳德才.崔德容.機(jī)械密封設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993

2 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008

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1672-9323（2013）01-0091-03

2012-11-11）