氣提釜攪拌軸槳葉斷裂及軸端磨損的原因分析

彭艷玲，穆曉東，丁激文

（1.大慶石化工程有限公司，黑龍江大慶163714；2.大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

氣提釜攪拌軸槳葉斷裂及軸端磨損的原因分析

彭艷玲1，穆曉東1，丁激文2

（1.大慶石化工程有限公司，黑龍江大慶163714；2.大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

氣提釜是順丁橡膠裝置的重要生產(chǎn)設(shè)備，在生產(chǎn)運行中該設(shè)備的攪拌軸槳葉易發(fā)生斷裂且軸端磨損嚴(yán)重。文中分析了該類故障的產(chǎn)生原因，并對槳葉強(qiáng)度進(jìn)行了校核，實施了增大槳葉厚度等技術(shù)措施，防止了槳葉斷裂及軸端磨損故障的發(fā)生。

攪拌軸；槳葉；軸端；斷裂；磨損

某順丁橡膠裝置每年操作時間為8 000 h，裝置中的攪拌器為該裝置的關(guān)鍵設(shè)備，攪拌器轉(zhuǎn)速為120 r/min，電機(jī)功率為90 kW。噴膠泵將膠液送入攪拌器，與后處理單元來的熱水混合后進(jìn)入預(yù)凝聚器，經(jīng)過進(jìn)料靜態(tài)混合器和帶混合單元的噴嘴后，由氣提釜的下部噴入釜內(nèi)，同時一部分未經(jīng)加熱的熱水由上部進(jìn)入氣提釜的噴淋管噴淋，以減少汽提氣夾帶的膠屑量。氣提釜內(nèi)有3層攪拌漿，膠液借助熱水、蒸汽和攪拌的作用使橡膠與溶劑及丁二烯分離，成為懸浮膠粒分散于釜內(nèi)熱水中［1］。

1 故障現(xiàn)象

2015年1 月，氣提釜開始陸續(xù)出現(xiàn)2種故障，即攪拌器的中層攪拌槳葉螺栓孔處連續(xù)斷裂；減速器上下軸承連續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損問題。6臺氣提釜均有不同程度的情況，給生產(chǎn)的平穩(wěn)運行及裝置安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重隱患。故障統(tǒng)計見表1，2；中層槳葉斷裂形態(tài)見圖1；減速器軸承軸端磨損情況見圖2。

表1 中層槳葉斷裂情況

表2 減速器軸承軸端磨損情況

圖1 中層槳葉斷裂

圖2 減速器軸承軸端磨損

2 槳葉斷裂及軸端磨損原因分析

（1）由于減速器軸承連續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，現(xiàn)場分析可能是由于攪拌軸不垂直造成的。經(jīng)過現(xiàn)場測量，排除了攪拌軸不垂直可能。或是由于安裝過程中不均勻的敲擊軸承內(nèi)圈使軸受到磨損，導(dǎo)致軸承內(nèi)圈與軸承配合失去過盈量或過盈量變小，出現(xiàn)跑內(nèi)圈現(xiàn)象。裝電機(jī)蓋時不均勻的敲擊導(dǎo)致端蓋軸承室與軸承外圈配合過松出現(xiàn)跑外圈。但無論跑內(nèi)圈還是外圈均會引起軸承運行溫度急劇上升以致燒毀，特別是跑內(nèi)圈故障會造成轉(zhuǎn)軸嚴(yán)重磨損和彎曲。但經(jīng)過DCS監(jiān)測記錄的記載，并未出現(xiàn)溫度急劇升高現(xiàn)象?，F(xiàn)場檢查也未出現(xiàn)軸承彎曲，故排除該種可能［2］。

（2）與攪拌器廠家溝通，攪拌器廠家認(rèn)為可能是由于潤滑油質(zhì)量不合格，有微小剛性物質(zhì)未徹底清理干凈，或者不同型號的油脂混用造成減速器軸承連續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，經(jīng)過長達(dá)半年的連續(xù)分析化驗取樣，潤滑油質(zhì)量均合格，且從未使用其它牌號的潤滑油，故排除該種可能。

（3）氣提釜內(nèi)介質(zhì)的膠粒過大，凝聚效果不好而形成沱釜，形成膠團(tuán)。導(dǎo)致槳葉切割困難，膠粒強(qiáng)度不能滿足要求造成槳葉斷裂。經(jīng)過現(xiàn)場操作人員確認(rèn)，并未出現(xiàn)沱釜等類似情況，故排除該種可能。

（4）經(jīng)過仔細(xì)對比發(fā)現(xiàn)，減速器軸承上下端連續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損與攪拌器的中層攪拌槳葉連續(xù)斷裂問題交替出現(xiàn)，既出現(xiàn)攪拌器中層槳葉斷裂的就不會出現(xiàn)軸端磨損。因此判斷減速器軸承連續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損與攪拌器的中層攪拌槳葉連續(xù)斷裂問題，應(yīng)是同一原因造成的。經(jīng)過現(xiàn)場仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)中層槳葉斷裂位置均為螺栓孔附近位置，且斷口表面無明顯的塑性變形跡象，斷口表面較為平直，呈現(xiàn)脆性斷裂的特征。采用10倍放大鏡仔細(xì)觀察，整個斷口平滑、光滑。初步判定可能是由于槳葉強(qiáng)度不足而造成的斷裂，故對其強(qiáng)度進(jìn)行校核［3～10］。

3 槳葉的強(qiáng)度校核

（1）設(shè)備概況

設(shè)計壓力0.42 MPa，溫度130℃。設(shè)備直徑DN=3 000 mm，高H=7 500 mm。中層槳葉直徑D= 1 380 mm。中間層攪拌槳槳葉型式為改進(jìn)型的推進(jìn)槳（推進(jìn)槳+斜葉漿式），機(jī)械密封為雙端面機(jī)械密封；槳葉傾斜角度為20°，槳葉型式對流體作功時的危險斷面在槳葉根部。槳葉材質(zhì)為S30804（0Cr18Ni9）。

（2）槳葉強(qiáng)度校核

所選用的電機(jī)功率Pn=90 kW；每層攪拌器的設(shè)計功率Pq［11］：

式中 Pn—電機(jī)功率，kW；Pq—每層攪拌器的設(shè)計功率，kW；Pm—軸封處摩擦損耗功率，kW；PJ—軸封處摩擦損耗功率，kW；η1—傳動裝置效率，取0.95，kW；ZJ—攪拌器的槳葉數(shù)；d0—設(shè)計最終確定的密封部位實心軸軸徑，mm；Z—軸上相同攪拌器的層數(shù)，取2。

攪拌器槳葉材料（S30408）的彎曲許用應(yīng)力［12］：

式中 nb—安全系數(shù)，取3.5；σtb—槳葉材料在設(shè)計溫度下的抗拉強(qiáng)度，取520 MPa。

斷面所受的彎矩［13］：

式中n—攪拌器轉(zhuǎn)速，r/min。

對于無加強(qiáng)筋的槳葉的抗彎截面模數(shù)：

式中 h—槳葉寬度，取270 mm；ZB—斷面上的螺栓數(shù)，取4個；db—螺栓孔直徑，取20 mm；δe—槳葉有效厚度；mm（查攪拌器圖紙得槳葉有效厚度為14 mm。)

斷面上的彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足：

所以強(qiáng)度不滿足要求。

4 改進(jìn)措施

該氣提釜中層槳葉的斷裂是由于應(yīng)力不滿足強(qiáng)度要求，致使槳葉根部靠近螺栓孔部位斷裂。可以通過增加槳葉厚度或加單側(cè)加強(qiáng)筋來加強(qiáng)強(qiáng)度，使其應(yīng)力校核滿足要求。軸端磨損是由于槳葉強(qiáng)度不足，槳葉發(fā)生變形，迫使軸端變形，造成軸端上下軸承的磨損。

現(xiàn)將槳葉厚度δe由原來厚度的14 mm增加到20 mm，進(jìn)行校核計算［14］：

斷面上的彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足：

所以滿足應(yīng)力校核要求。

5 結(jié)束語

經(jīng)過分析槳葉斷裂和軸承的磨損原因和對槳葉強(qiáng)度進(jìn)行校核，找到了設(shè)備出現(xiàn)故障的原因。更換氣提釜攪拌器中層槳葉，將其厚度由14 mm增加至20 mm，經(jīng)過3個月實際運行，現(xiàn)場再未出現(xiàn)槳葉斷裂和軸承軸端磨損狀況。

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Analysis of cause for stirring shaft blade fracture and shaft end wear of stripper

Peng Yanling1，Mu Xiaodong1，Ding Jiwen2
（1.Daqing Petrochemical Engineering Co.Ltd.，Daqing 163714，China；2.Oil Refinery of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

Stripper is the important production equipment of cis-1,4-polybutadiene rubber plant,the stirring shaft blades of this equipment are prone to fracture and its shaft end is prone to severe wear.This paper analyzed the cause for this kind of faults,and made checking to the blade strength,implemented technical measures such as enlargement of the blade thickness,and prevented the occurrence of blade fracture and shaft end wear faults.

stirring shaft;blade;shaft end;fracture;wear

TQ330.4

B

1671-4962（2017）01-0041-03

2016-11-15

彭艷玲，女，工程師，2006年畢業(yè)于西南石油大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事壓力容器設(shè)計工作。