射流攪拌在潤滑油生產中的應用

寧召寬,楊 森,高天吉

(中國石油化工股份有限公司濟南分公司，山東 濟南 250101)

目前潤滑油基礎油生產多采用“老三套”工藝(即溶劑精制、溶劑脫蠟脫油、白土補充精制)和加氫處理/精制工藝相結合的技術路線，生產高粘指基礎油、全精煉蠟和微晶蠟等產品，因此“老三套”工藝的穩(wěn)定運行不容忽視。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蠟的前置緩沖罐，罐中的蠟液為蠟膏、油和溶劑的混合介質，粘度較高，易堆積凝結為蠟塊，堵塞機泵入口，影響機泵正常運轉，引起裝置生產波動。為了防止蠟液凝結和堆積，采用機械攪拌方式對蠟液罐內介質進行攪拌。由于攪拌形式單一，導致蠟液罐內存在死角，蠟液混合不均勻，可能出現少部分蠟塊逐漸累積影響設備運行的情況，并且機械攪拌運行過程中存在密封泄漏、減速機損壞、軸承損壞等問題，維修過程復雜，故障率高，能耗高，不符合當今形勢下安全環(huán)保的要求，為裝置連續(xù)平穩(wěn)運行帶來了極大挑戰(zhàn)。因此，機械攪拌的改造已經成為亟需解決的課題。

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

1 機械攪拌的結構及使用情況

1.1 機械攪拌的結構

蠟液罐的機械攪拌采用框式攪拌器，其主要特點是攪拌葉輪(即蠟液罐內旋轉部件)的外徑比蠟液罐的內徑稍小，呈圓形，由攪拌軸帶動其進行攪拌。框式攪拌器的部件主要有電動機、攪拌葉輪、減速機、軸、軸承、密封結構和框架等。攪拌軸的驅動端和非驅動端均采用機械密封，非驅動端設有軸承支撐。機械攪拌結構如圖1所示。該結構為一套獨立的攪拌系統，與工藝管道及設備無任何直接關系。

圖1 機械攪拌結構

1.2 機械攪拌的使用情況

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構，因此會造成攪拌效果不理想、攪拌存在死角等問題，同時長時間運轉，還容易磨損部件，故需定期對機械攪拌進行維護。

1.3 機械攪拌的具體故障

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

表1 2019年至今機械攪拌故障情況

1.3.1 機械密封滲漏

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

1.3.2 減速機內部軸承磨損

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

1.3.3 減速機軸封滲油

減速機軸封滲油的原因主要是:軸封的運轉時間過長，老化變硬，局部發(fā)生斷裂或龜裂;攪拌軸晃動略大，導致軸封失位磨損;檢維修安裝未到位，或安裝過程出現軸封損壞現象;潤滑油變質或較臟，影響軸封的密封效果。

由于機械攪拌發(fā)生問題較多，且原因復雜，同時巡檢及維護保養(yǎng)占用較多時間，檢修程序較多，過程復雜，因此考慮采用射流攪拌取代機械攪拌，以降低設備的故障發(fā)生率，節(jié)約檢維修和保養(yǎng)成本，增強裝置平穩(wěn)運行的可靠性。

2 射流攪拌的原理和實踐應用

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、傳動機構、機體等構成，其中噴嘴和機座均能實現360°旋轉。其旋轉所需的驅動力均由蠟液罐外的機泵提供，射流攪拌器本身不帶有任何的驅動裝置。機泵通過管道輸送介質至射流攪拌器，噴嘴和機座被輸送介質驅動，以一定的速度旋轉;介質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部物料，同時能夠破碎蠟液，防止堆積蠟塊。

圖2 射流攪拌器結構

射流攪拌器主要采用射流的工作原理，即介質流體通過噴嘴高速進入周圍區(qū)域，依靠射流的卷吸和高速沖擊作用，充分混合介質【1】。介質從噴嘴噴射出來后，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)定性導致渦旋形成，介質被射流卷吸，增強了蠟液罐內不同介質的均勻混合效果【2】。射流攪拌器通過射流的卷吸以及其高速沖擊作用，再加上機座和噴嘴不斷旋轉改變射流方向，可充分攪拌混合不同介質。

2.2 實踐應用及效果

2.2.1 噴射效果計算【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計算。

推算噴嘴的噴射距離:

通過射流機理可知，只有當處于噴射距離尾端的流速V尾≥0.5 m/s時，才能保證蠟液罐攪拌混合均勻，故將V尾假設為0.5 m/s，并經衰減公式計算噴嘴的最遠噴射距離L。

式中:k——系數，取0.966;

L——噴嘴的最遠噴射距離，m。

通過計算可得，噴嘴的最遠噴射距離L＝4.48 m，大于蠟液罐的直徑(2 m)，故能保證介質實現充分混合。

2.2.2 實踐應用

根據現場實際情況，拆除蠟液罐的攪拌器、電機、減速機等設備，原攪拌軸開孔處由法蘭封堵;在蠟液罐中下部側面安裝介質輸送管道，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由裝置已有機泵增加的出口分支輸送，經過濾器進入射流攪拌器。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 應用效果

通過一段時間的實際使用驗證，未發(fā)現機泵入口出現堵塞情況，且射流攪拌器運行期間，未發(fā)生缺陷或故障，蠟罐液位平穩(wěn)無波動，同時，消除了原機械攪拌存在的泄漏情況。射流攪拌器結構精密且小巧，運轉速度較低，降低了故障的發(fā)生次數和檢維修成本，節(jié)省了維護保養(yǎng)費用，實現了節(jié)能降耗。

改造前，原兩臺機械攪拌所用電機電流均為10 A，按每年運行360 d計算，每年共耗電94 395 k W·h;改造后，原機械攪拌電機拆除停用。而射流攪拌器投用后，輸送介質所用的已有電機電流僅增加1 A，每年增加電耗約5 060 kW·h，因此計算下來每年可節(jié)電89 335 k W·h，電價按照0.6元/(k W·h)計算，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)射流攪拌器結構特殊，旋轉軌跡不重復，能實現全方位全覆蓋地攪拌，而機械攪拌形式單一，存在死角。

2)射流攪拌器不存在外部密封點，無介質泄漏風險，而機械攪拌故障率較高，維修程序復雜，工作量較大，維護費用較高。

3)射流攪拌器可借用現有機泵流程作為驅動，不需像機械攪拌那樣使用單獨的電機，安全平穩(wěn)可靠;單獨電機停用，實現節(jié)能降耗的效果。

4)射流攪拌器噴嘴噴射的高速流體介質能對罐壁進行清洗，防止蠟液在罐壁粘附。

5)射流攪拌器所用流體能實現對蠟液罐介質的混合和稀釋作用，減少蠟液聚集。

4 結語

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，并且運行過程中完全能滿足工藝要求，同時，采用射流攪拌取代機械攪拌，從根本上解決了密封泄漏問題，降低了設備故障的安全環(huán)保風險和檢修維護成本，減少了檢維修次數，實現了節(jié)能降耗。此次改造效果和經驗可為類似設備的改造提供參考，并為節(jié)能降耗的方案措施提供新思路。