過濾離心機在我廠的應用

孟慶華

（中國石化集團南化公司連云港堿廠，江蘇 連云港 222042）

近10年來，過濾式離心機在化工行業(yè)的使用越來越廣。我廠在輕灰降低水分、重灰降低鹽分和濕小蘇打脫水中均使用離心機，有推料式也有刮刀式；由于離心機本身結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)目的性的不同，在實際操作中有許多區(qū)別。過濾離心機在國內(nèi)的生產(chǎn)制造和使用時間較短，大部分離心機的生產(chǎn)制造停留在模仿和引進國外先進技術階段，在使用中也存在許多問題。通過我廠多年的使用和摸索，對離心機在實際生產(chǎn)中所出現(xiàn)的故障以及設計上所存在的缺陷進行分析和探討，希望能夠在今后的離心機設計、制造和化工生產(chǎn)中起到借鑒作用。

1 濕重堿脫水的兩級推料式離心機

我廠采用離心過濾機為濕重堿脫水，該裝置主要設備采用德國克勞斯－馬斐公司生產(chǎn)的推料式離心機，它是一種連續(xù)作業(yè)的過濾式離心機，整體反應為物理反應，將重堿進行固液分離，生產(chǎn)能力每臺為36～40t／h。

圖1 推料式離心機結(jié)構(gòu)圖

1.1 推料式離心機的主要配置

目前我廠共有德國克勞斯－馬斐生產(chǎn)的推料式離心機7臺，型號SZ1000／2－12／4K10，工藝處理區(qū)基本上有過濾籃筐、推料盤、推料籃筐、進料絞龍、布料盤、洗滌裝置和固料收集器組成。主電機P＝75 kW，n＝1 500r／min，液壓電機P＝45kW，n＝1 500 r／min，螺旋給料機P＝4kW，n＝1 500r／min（變頻）。

1.2 試車及指標合格率

該套裝置于2004年10月投料試車，在開車72小時考核中，大多數(shù)工藝指標、工藝參數(shù)在控制范圍內(nèi)，基本達到設計要求，重堿水分、鹽分均能滿足要求。重堿水分篩分率見表1。

表1 重堿水分分析數(shù)據(jù)表（%）

出離心機重堿水分≤13%（W%）

出離心機重堿鹽分≤0.15%（W%）

固體損失量≤1.3%（W%）

1.3 存在的缺陷及改進

自我廠推料式離心機投產(chǎn)至今，液壓系統(tǒng)、工藝處理區(qū)均出現(xiàn)嚴重故障，主要因為該型號離心機在純堿生產(chǎn)中的使用經(jīng)驗過少，許多設計不合理，無法滿足純堿生產(chǎn)工藝上的需要。自2004年起，我廠花費了4年的時間，對各個缺陷逐一解決并改進，同時不斷推進進口備件的國產(chǎn)化，實現(xiàn)了進口離心機最經(jīng)濟、最穩(wěn)定的運行。

1.3.1 物料處理區(qū)

自離心機投用以來，故障發(fā)生最多的地方在物料處理區(qū)，集中體現(xiàn)在布料盤、籃筐、刮刀幾個部位。

由于重堿物料的特殊性，在離心機開車初期，布料盤上M10×30的螺栓在6臺離心機上均出現(xiàn)了折斷的情況；原設計的布料盤上由M12×80螺栓通過支柱支撐固定在底座上，這個螺栓也出現(xiàn)多次斷裂。

針對現(xiàn)場生產(chǎn)的實際需要，對該部分做出以下改動：①將布料盤與底座之間的間隙為15mm調(diào)整至20mm，加快物料流動；②支柱與底座聯(lián)接方式的改進，將原設計的6根方形支柱由M12×80螺栓固定在底座上，改為8根圓形支撐柱焊接在布料盤的底座上；③布料盤固定螺栓的改進，將原設計6根M8×30螺栓改為M10×30，在使用中依然出現(xiàn)螺栓斷裂情況，后來增加至雙排16根M10×30的螺栓。

內(nèi)籃筐從根部的斷裂造成的后果是非常嚴重的，更換時間及所花費的費用相對較多，一件籃筐價值40萬元。開車不久后，在內(nèi)籃筐內(nèi)側(cè)根部集水槽處出現(xiàn)斷裂，雖經(jīng)過焊接、動平衡處理后，依然出現(xiàn)類似情況，后經(jīng)過離心機生產(chǎn)廠家的改進，將此處集水槽消除，避免應力的產(chǎn)生，至今未出現(xiàn)類似的故障。

物料處理區(qū)的內(nèi)外籃筐以及推料盤上均有刮刀，推料刮刀為圓環(huán)狀，安裝在推料盤和內(nèi)籃筐上，起到推料作用；外籃筐上有一對拐角刮刀，用于清理籃筐內(nèi)出來的物料。由于設計上的缺陷，這些刮刀均出現(xiàn)斷裂的情況。通過比較和生產(chǎn)需要，將原有的四氟圓環(huán)刮刀改進為316L材質(zhì)，拐角刮刀加厚處理，改變裝配方式，改進后各種刮刀使用壽命得到了大大延長。

1.3.2 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是離心機的核心部分，用來完成離心機推料和軸承的潤滑，主要由供油油泵和活塞兩大部分組成。

SZ1000／2離心機供油油泵由雙葉片泵構(gòu)成，連續(xù)工作，型號PVV52－1X／193／40，輸出油壓為7 MPa，產(chǎn)生在推料盤的推力為310kN。兩個葉片泵之間用一花鍵套聯(lián)接兩主軸，主油泵的主軸有軸承，副油泵主軸采用軸套，而且軸套位置在兩泵之間。

多年運行后，花鍵軸和花鍵套出現(xiàn)磨損；軸套的磨損產(chǎn)生了一定的縫隙，主油泵與副油泵存在的壓力差通過縫隙而降低，導致離心機推料油壓不足，這種問題不是短時間造成，而是逐步產(chǎn)生的，體現(xiàn)在離心機推力不足。前期已經(jīng)對花鍵軸、花鍵套、聯(lián)軸器成功國產(chǎn)化，但是對軸套經(jīng)過多次試驗，均沒有成功，主要是材質(zhì)過于復雜，且精度較高。由于國內(nèi)沒有油泵可以達到此推力，所以油泵只能采用進口，一臺油泵需要20萬元，目前已經(jīng)更換了3臺離心機油泵。

活塞與主軸的定位依靠一個φ8立銷，由于活塞材質(zhì)較軟，長時間運行后，立銷與活塞配合處容易出現(xiàn)豁口，最終導致故障的出現(xiàn)。前期咨詢離心機廠家，建議將軸和活塞同時旋轉(zhuǎn)一定角度后的位置重新加工出立銷孔，裝配后可正常使用，這種方法只能多利用一次活塞和主軸，造成很大的浪費。后我廠在檢修過程中對活塞上油路進行分析，加工油路，在不調(diào)整主軸上定位孔的情況下，僅僅調(diào)整活塞上的立銷定位孔，液壓系統(tǒng)同樣工作正常?；钊狭N配合位置磨損完后，可對此處進行鑲套加工，使得活塞可以重復利用，節(jié)約費用每次可達20萬元以上。

1.3.3 離心機進出料裝置

離心機進料絞龍出現(xiàn)斷裂情況主要是該絞龍軸為懸臂式結(jié)構(gòu)，絞龍翅片采用多塊拼接外包漿（316L）的方式，表面看起來很厚實，隨著絞龍使用中外包漿的磨損變薄，絞龍軸很容易斷裂。在后續(xù)國產(chǎn)定制的絞龍軸采用的是整板加工，避免了類似情況的出現(xiàn)。

在物料離開離心機外籃筐后，大部分物料依靠外籃筐上的拐角刮刀卸料，拐角刮刀和籃筐的轉(zhuǎn)速相同，導致了物料也具有相同的初速度，呈噴射狀下落，落在皮帶運輸機上時，很容易造成物料飛濺，使得物料浪費嚴重。后在離心機出口溜管處增加一斜板，當物料打至斜板后，力量可以大大減弱。在后期該型號離心機生產(chǎn)中，已對該部位進行了改動，不采用拐角刮刀卸料，物料呈自由落體狀卸料。

進出溜管的磨損是離心機日常維護重點內(nèi)容，我廠采用高分子聚乙烯復合板制作進出口溜管，同時對進料絞龍內(nèi)襯殼體也采用同樣材料，延長溜管的使用壽命10倍以上。

2 降低重灰鹽分的兩級推料離心機

2.1 離心機的結(jié)構(gòu)和主要工藝參數(shù)

我廠使用的P－120／2型離心機為1999年由江蘇省機械設備成套局從瑞士Ferrum公司引進的兩級推料式離心機。主要用于低鹽重灰生產(chǎn)中降低一水堿中的鹽分和水分。

P－120／2型離心機與SZ1000／－12／4K10兩級推料離心機在結(jié)構(gòu)上大致相同，主電機P＝132 kW，n＝1 500r／min；液壓電機P＝55kW，n＝1480 r／min；螺旋給料機P＝9.2kW，n＝1 450r／min（變頻）。油泵為雙Sauer－Sundstrand型86P－197／072泵，逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速容量387L／min，可調(diào)推送頻率40～66次／min。主要結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 推料式離心機結(jié)構(gòu)圖

分離后主要操作指標：

1）出離心機一水堿游離水分：＜4%

2）出離心機一水堿NaCl含量：0.17%～0.25%（干基）

3）濾液中的固體含量：＜5%

4）固體回收率：＞98%

5）洗車次數(shù)：每8h不超過一次

6）洗水用量：≤100L／t（干一水堿）

7）洗水溫度：≥75℃

8）離心機油溫：50～55℃

2.2 P－120／2離心機與SZ1000離心機的比較

P－120／2離心機與SZ1000離心機的主要設計理念相同，在一些部位還是有所區(qū)別，最主要集中在兩個位置，一是推送機構(gòu)，二是液壓泵組件。

2.2.1 推送機構(gòu)

液壓推送機構(gòu)與控制閥組成往復式運動單元，活塞盤和往復運動的必要部件安裝在壓力缸內(nèi)，它也是轉(zhuǎn)子的從動皮帶輪。

P－120／2離心機的液壓活塞部分的潤滑油通過皮帶輪后部的一個Rotostat的流體靜力自對準液體傳輸密封裝置，采用同軸和中心供油方式，對推料機構(gòu)提供液壓油，同時通過換向閥實現(xiàn)了自動往復運動，無需外部推力。而SZ1000離心機在這個部位的結(jié)構(gòu)顯得比較簡單和巧妙，通過活塞、壓力缸（皮帶輪）、主軸以及主機軸承箱上的各油路，完成了液壓油的輸送程序，并且通過了活塞上的換向閥實現(xiàn)了自動往復運行。兩者相比較，最大的不同就是P－120／2離心機多了一個Rotostat的流體靜力自對準液體傳輸密封裝置。

Rotostat的流體靜力自對準液體傳輸密封裝置也叫旋轉(zhuǎn)連通節(jié)，被應用于要求高轉(zhuǎn)速、高壓力的場合，固定件和旋轉(zhuǎn)件工作時互不接觸，只產(chǎn)生黏性的流體摩擦，其產(chǎn)生的泄漏量將被保持在一個很小范圍、預先給定的界限之內(nèi)，固定件和旋轉(zhuǎn)件之間的間隙高度為10至15μm，通過一個逆反間隙控制裝置，可保證在所有運轉(zhuǎn)狀態(tài)下維持間隙大小的恒定，彈性的、與壓力相關的變形通過液壓補償被抵消。

2.2.2 液壓泵組件

P－120／2離心機的液壓泵組件主要由油泵單元、油冷器、回油過濾器、泄壓閥、節(jié)流閥及油分配器組成；油泵單元由兩個旋轉(zhuǎn)凸輪葉片泵組成，并與一個公共的中間箱體之間采用法蘭聯(lián)接，推送機構(gòu)頻率在運行中可調(diào)整，頻率40～66次／min。

SZ1000離心機的液壓泵組件與P－120／2離心機不同之處沒有泄壓閥、節(jié)流閥和油分配器，這三個部件可以更好地調(diào)控液壓油的分配，特別在設備出現(xiàn)故障或者物料推不動時，P－120／2離心機可以通過自身的油壓調(diào)控系統(tǒng)，將液壓分流，這樣可以避免油壓過大對其它部件造成損壞或泄漏。這一點設計P－120／2離心機很有優(yōu)勢，考慮充分，實際工作中這種情況確實存在。SZ1000離心機如果出現(xiàn)類似故障后，一般都是物料在籃筐內(nèi)堆積，最后導致振動值加大、報警，從而造成保護性停車，這種情況很容易造成離心機其他部件的損壞。

2.3 離心機生產(chǎn)低鹽重灰中存在的問題

離心機在實際生產(chǎn)中的大部分工藝指標均達到或接近設計值，基本收到了預期的效果，但仍然存在一些問題，突出表現(xiàn)在：①洗水用量不好控制，容易造成鹽分波動。②在開離心機的情況下成品重灰粒度差，有時小于70%（0.18～1.18mm）。③濾液Na2CO3含量高，即損失率較高，濾液濃度平均高達140tt。④離心機與流化床不匹配，容易造成流化床死床。

前三個問題通過控制可以解決，但第四個問題很難通過工藝操作控制解決。主要分析如下：流化床屬于靜態(tài)的烘干裝置，和傳統(tǒng)的純堿企業(yè)使用的烘干設備煅燒爐有很大的區(qū)別，它主要依靠流化床的進口的鼓風機和出口的引風機的風力來實現(xiàn)物料在流化床內(nèi)部的流動。在我廠生產(chǎn)低鹽堿過程中，存在物料通過離心機進入流化床后，很容易在蒸汽和冷卻循環(huán)水的盤管縫隙內(nèi)結(jié)塊，流化床運行周期大大縮短，最長僅為15天，且不能滿負荷運行，嚴重影響了系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行。如不開離心機，流化床周期一般在半年左右。

對此問題，經(jīng)觀察現(xiàn)場和綜合分析后，認為離心機脫水后的物料進入流化床后，物料較脫水前較為密實，且呈團狀，由于流化床為靜態(tài)烘干設備，僅靠風力的作用，處理團狀物料有很大的缺陷，導致短時間內(nèi)床內(nèi)生成大量堿塊，不能保持正常的流化狀態(tài)，堿塊在床內(nèi)堆積過多時導致死床，而處理死床要一天至兩天時間，且浪費大量的物料和人力。堿塊多生成在床內(nèi)加熱管組的縫隙內(nèi)，普通工具無法清理，在處理死床過程中，只能用熱的廢淡液沖洗床內(nèi)加熱管縫隙中堿塊，存在較大的安全隱患，同時經(jīng)常沖洗對床體造成嚴重腐蝕。

后期，在離心機出口處增設了破碎機、增加風量、注意各溜管的密封和保溫等措施，延長了流化床穩(wěn)定周期，但沒有從根本上解決問題。目前，一般離心機生產(chǎn)低鹽重灰時，運行一周左右，便停運行，通過生產(chǎn)普通重灰來不斷調(diào)節(jié)流化床的狀況，待好轉(zhuǎn)后再生產(chǎn)低鹽重灰。

通過多年運行觀察，如果要想使離心機在低鹽重灰生產(chǎn)中得以充分發(fā)揮作用，建議與煅燒爐相配套，以上問題在我廠輕灰生產(chǎn)工序中沒有出現(xiàn)。

3 小蘇打生產(chǎn)中的虹吸刮刀式離心機

GKH800－NB虹吸刮刀卸料離心機具有一般過濾離心機的優(yōu)點，而且利用虹吸原理增加離心過濾的推動力，提高了生產(chǎn)能力，降低了濾餅的含濕量，有很好的節(jié)能效果，操作運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，維護方便，耗能低，所獲產(chǎn)品品質(zhì)高，適用小蘇打生產(chǎn)工序中濕物料的分離、洗滌、脫水。我廠小蘇打裝置先后使用3種刮刀式離心機，均為重慶江北機械廠生產(chǎn)，型號分別為GK800、GKH800－N和GKH800－NB，后者為前者的升級產(chǎn)品，其中GKH800－N和GKH800－NB增加了虹吸功能。

3.1 刮刀式離心機的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)

GKH800－NB離心機主要由物料處理區(qū)、主機驅(qū)動裝置、液壓油站等幾部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)子驅(qū)動功率75kW，采用的獨立油站供油，額定壓力5MPa，工作流量Qmax為25L／min。在物料處理區(qū)，物料通過布料器分布在籃筐上，在離心力的作用下，物料脫水完成，濾液通過虹吸裝置排出，物料被提升的刮刀刮到集料槽內(nèi)。

3.2 主要存在的問題和處理方法

由于該離心機為上世紀引進國外進口離心機的技術，在油路的密封和刮刀裝置部分還存在一定的缺陷，而且油站結(jié)構(gòu)復雜，電磁閥損壞頻繁，刮刀刮料時瞬間沖擊力較大，生產(chǎn)中依然存在一定的問題。刮刀組件是離心機損壞最多的部件，集中出現(xiàn)在刮刀片損壞、刮刀軸軸承損壞、刮刀油缸密封磨損等問題。液壓油站也是故障點之一。

3.2.1 刀片的損壞

刮刀片采用離心機廠家生產(chǎn)的備件，刀片基底為不銹鋼，刀口處鑲嵌硬質(zhì)復合材料。在使用過程中，多次出現(xiàn)刀口崩裂、缺口等非正常的損壞，如果使用正常，一把刀可以使用一個月。對于損壞的刮刀片進行了集中分析，認為主要由以下幾個原因造成刀口崩裂：①籃筐物料層中有雜質(zhì)，特別是上道工序檢修未清理干凈的焊條頭、鐵渣等異物時，在刮刀提升刮料過程中，當刮刀碰到高速旋轉(zhuǎn)的較硬的異物時，刀口很快崩裂；②離心機的門蓋螺栓松動時，由于刮刀組件固定在端蓋上，當刮刀處理物料產(chǎn)生巨大沖擊力導致端蓋和刮刀振動，刀口受力不均勻，也容易導致刀口崩裂；③打開端蓋洗車時，由于誤操作開啟刮刀運行，此時刮刀很容易頂在籃筐的外環(huán)板上，導致刀口崩裂；④刮刀軸軸承損壞如同端蓋松動一樣結(jié)果，刀口也容易崩裂。

3.2.2 刮刀軸軸承的損壞

刮刀軸軸承損壞是GKH800－NB刮刀離心機比較突出的問題，也是比較嚴重的故障。當刮刀軸軸承損壞時，在離心機工作中，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與刮刀接觸的瞬間，巨大沖擊力很容易導致刀架斷裂，斷裂的刀架不僅將籃筐內(nèi)篩網(wǎng)拉壞，甚至還有可能造成籃筐、料層分布器等其他部件的損壞。對損壞的刮刀軸組件進行解體分析，通過損壞的軸承判斷主要有以下幾個方面造成：①刮刀組件自身設計的缺陷，在刮刀軸和外套聯(lián)接密封處，僅用一個“O”型橡膠密封圈密封，當刮刀刮料振動或者長時間使用后，這個橡膠密封圈很難在充滿高溫小蘇打濾液的環(huán)境中起到密封作用，而且小蘇打濾液中的顆粒很容易結(jié)晶，橡膠的老化和刮刀的振動很容易導致軸承上潤滑失效，當軸承進入小蘇打濾液后，軸承很快就損壞；②離心機刮刀主軸外端蓋固定圓螺母的松動也是造成軸承損壞關鍵點之一，主軸固定在大端蓋上，用三個圓螺母緊固，長時間的刮料沖擊必將導致圓螺母松動，這時刮刀主軸失去了固定，軸承定位失效，加劇了軸承損壞。③刮刀主軸上有加油孔，需要定期加油，缺油時也會導致軸承因缺油損壞，這一點一般不太注意，因為加油孔在端蓋內(nèi)側(cè)。

4 結(jié) 語

目前國內(nèi)生產(chǎn)離心機廠家較多，但多為引進國外技術，同時離心機制造商在機器使用中所存在的問題不夠充分了解，由于化工物料的多樣性和特殊性，在實際使用過程中存在不少問題。如果要離心機在國內(nèi)化工行業(yè)中發(fā)揮更大作用，還需通過與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系，改進離心機結(jié)構(gòu)，共同促進雙方的發(fā)展。