攪拌器故障的原因和解決方法
攪拌操作過程是化工、石油化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)最常見的操作過程之一，其目的是使兩種或兩種以上的介質(zhì)能達(dá)到最大程度的接觸，從而在預(yù)定的時間內(nèi)完成所需要的混合、傳質(zhì)、傳熱或反應(yīng)過程，或同時進(jìn)行上述兩個以上的過程，操作攪拌所涉及的介質(zhì)可能是液體、氣體和固體，但以液相為主。而完成攪拌過程的主要元件為攪拌器，攪拌器的好壞和攪拌操作的最終效果有著至關(guān)重要的聯(lián)系。
攪拌器是一種結(jié)構(gòu)簡單的機械設(shè)備，由傳動裝置（電動機、變速器、機架和聯(lián)軸器）、攪拌軸、攪拌槳葉和軸封裝置組成，這些部件相輔相成，如果一個部件出現(xiàn)問題都會導(dǎo)致整個攪拌運行出現(xiàn)異常，所以攪拌器在工藝上又是一個復(fù)雜的設(shè)備。如果發(fā)生故障，故障的根源卻并不簡單，不僅和機械結(jié)構(gòu)本身有關(guān)，還會和工藝設(shè)計、生產(chǎn)操作等多方因素相關(guān)。本文描述的3個攪拌器的故障就和工藝設(shè)計和生產(chǎn)操作有直接聯(lián)系。
一、攪拌器的設(shè)計和使用工況簡述
本文提到的三個攪拌器，這里以1號、2號和3號進(jìn)行區(qū)分：
1、1號攪拌器
使用工況：用于兩種固液懸浮液混合反應(yīng)的攪拌，其中一種固液懸浮液先加入反應(yīng)釜內(nèi)，同時攪拌器開始運行，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度時，另一種參與反應(yīng)的固液懸浮液開始加入，隨后化學(xué)反應(yīng)開始。完成一批次的運行需要3～4h，期間反應(yīng)釜內(nèi)物料的黏度在周期性的變化，最高時可達(dá)到15000～25000cP。
設(shè)計狀態(tài)：此攪拌器采用三層槳的設(shè)計方案，槳葉形式采用INTER.MIG型。因為反應(yīng)產(chǎn)生有劇毒的氣體，不允許泄漏，軸端采用了帶沖洗的雙機械密封。因為攪拌物料粘度在周期性的變化，所以采用變頻器進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。攪拌器結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2、2號攪拌器
使用工況：用于中和反應(yīng)中，保證反應(yīng)的兩種物料混合的均勻性。按照正常的工藝設(shè)計，在整個攪拌運行的過程中，反應(yīng)釜內(nèi)物料的狀態(tài)為純液相狀態(tài)，并且粘度只有1cP。
設(shè)計狀態(tài)：根據(jù)攪拌的使用工況和反應(yīng)物料的物性，攪拌的設(shè)計采用二層槳的設(shè)計方案，槳葉形式仍為 INTER.MIG型，定速設(shè)計。同時此反應(yīng)釜內(nèi)的物料同樣不能泄漏，所以采用帶壓力沖洗的雙端機械密封。攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3、3號攪拌器
使用工況：用于一種物料的回收反應(yīng)，在這里，攪拌是保證物料混合均勻和散熱的功效。按照最初的工藝設(shè)計，反應(yīng)釜內(nèi)的物料狀態(tài)為純液相狀態(tài)，并且黏度只有0.6cP。
設(shè)計狀態(tài)：同2號攪拌器，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
二、故障描述
1號攪拌器：葉輪彎曲嚴(yán)重，通過軸跳動測試，初步懷疑軸已經(jīng)彎曲；機械密封出現(xiàn)密封沖洗液嚴(yán)重泄漏現(xiàn)象。
2號攪拌器：機械密封沖洗液泄漏嚴(yán)重，一個新的機封換上去使用不到半個月，就出現(xiàn)泄漏。
3號攪拌器：從反應(yīng)釜的視鏡觀察攪拌軸的轉(zhuǎn)動情況，發(fā)現(xiàn)軸在運轉(zhuǎn)過程中的跳動量很大，從維修部的粗測數(shù)據(jù)上也可以看出軸已經(jīng)出現(xiàn)了彎曲。另外機械密封也出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏，同樣一個新的機械密封使用不到半個月就出現(xiàn)泄漏。
三、故障原因分析
從3個攪拌器故障情況的描述可以看出2項共同點：一是機械密封損壞，導(dǎo)致機封沖洗液泄漏；二是軸或葉輪出現(xiàn)了不同程度的彎曲。那么是否這三臺攪拌器都是同樣的原因損壞的呢？首先我們就要分析機械密封在什么情況下會出現(xiàn)泄漏，軸或葉輪在什么情況會出現(xiàn)彎曲？
1、機械密封泄漏的原因
（1）密封沖洗系統(tǒng)本身有泄漏導(dǎo)致密封沖洗壓力降低，沖洗液不能及時供到動靜環(huán)處致使動靜環(huán)出現(xiàn)干磨而碎裂，出現(xiàn)密封液軸端泄漏。
（2）O型密封圈材料和所接觸的工藝物料不兼容，導(dǎo)致O型圈溶解損壞，密封沖洗液軸端泄漏，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，會導(dǎo)致機封沖洗液不能及時或足量的供到動靜環(huán)處，導(dǎo)致動靜環(huán)因干磨出現(xiàn)碎裂。
（3）攪拌軸彎曲，導(dǎo)致軸在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)過量的擺動，因為動環(huán)和軸是一起轉(zhuǎn)動的，所以動環(huán)的不正常轉(zhuǎn)動會導(dǎo)致密封面之間的不正常接觸，從而使動靜環(huán)產(chǎn)生不同程度的損壞。
（4）攪拌軸或槳葉（最大程度是槳葉）突然受到來自外部的瞬間沖擊，瞬間沖擊能通過軸傳導(dǎo)到最薄弱的密封面處（因為動靜環(huán)的材料為易碎的碳化硅–石墨），導(dǎo)致動靜環(huán)損壞，密封沖洗液泄漏。
2、軸或葉輪彎曲的可能原因
（1）啟動扭矩過大，導(dǎo)致軸在瞬間扭彎。（通常情況下，電機都有過載保護(hù)，但是啟動扭矩變大是瞬間的，而電機的過載保護(hù)是需要時間，如果電機過載停掉了，但在停掉之前，軸已經(jīng)因為瞬間的大扭矩而彎曲）。
（2）運行過程中突然遇到了過大的負(fù)載，槳葉為了沖破負(fù)載，也是短時間內(nèi)出現(xiàn)扭矩變大，導(dǎo)致軸或葉輪扭彎。
3、分析
針對3個攪拌都出現(xiàn)的密封泄漏的問題，首先檢查密封系統(tǒng)的所有連接點，沒有發(fā)現(xiàn)漏點，并且確認(rèn)過在出現(xiàn)泄漏之前沒有出現(xiàn)過低液位和壓力過低報警，所有的證據(jù)證明密封系統(tǒng)本身不存在泄漏。接著再次確認(rèn)了O型密封圈的材料，材料和工藝物料可以很好的兼容，并且從損壞的機封內(nèi)拆下的O型圈也是完好的，沒有出現(xiàn)任何腐蝕的狀況，從而也否定了O型圈材料選擇錯誤的說法。那么就只能從后兩項中找原因了，這兩項和工藝及操作都有關(guān)系，下面就逐一分析其工藝設(shè)計或操作過程。
（1）1號攪拌器
此臺攪拌器的故障顯示葉輪已經(jīng)彎曲，初步懷疑軸也彎曲。根據(jù)本文第二部分描述的使用狀態(tài)，后一種懸浮液為五氧化二磷懸浮液，其固液比為1:1。因為最初輸送泵的選型錯誤導(dǎo)致輸送泵一直不能使用而改用真空轉(zhuǎn)料，真空轉(zhuǎn)料的弊端就是均勻性差，有可能瞬間一股物料進(jìn)入反應(yīng)釜，又因為物料中的固體含量比較高，物料瞬間會形成一個小山，而攪拌槳在沖破物料山時，負(fù)載瞬間上升，扭矩變大，成為導(dǎo)致軸或葉輪彎曲的第二個原因。在驗證中我們監(jiān)控了電流的變化，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)電流維持在定值，有時電流會有比較小的上升，但是我們發(fā)現(xiàn)了幾次電流急劇上升，幾乎快要超載，從而可以證明之前的判斷是正確的。繼而可推斷機械密封泄漏的主要原因是由軸彎導(dǎo)致動靜環(huán)碎裂而泄漏。
（2）2號攪拌器
經(jīng)過對幾批原料的現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)在攪拌運行過程中有大量的固體出現(xiàn)，固體尺寸不大，但是密集度較大，當(dāng)攪拌運行時，固體隨著釜內(nèi)的液體翻轉(zhuǎn)，類似于水中的沙粒。又通過運行時攪拌軸的運行狀態(tài)初步確定攪拌軸沒有出現(xiàn)彎曲的癥狀，所以我們可以判斷出是固體的瞬間沖擊攪拌槳葉，瞬間的沖擊能通過槳葉、軸傳導(dǎo)到整套攪拌系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)—機械密封動靜環(huán)處（材料是石墨和碳化硅），導(dǎo)致動靜環(huán)碎裂而造成機械密封泄漏。
（3）3號攪拌器
通過操作觀察，發(fā)現(xiàn)在每批料放盡之后，在釜底都有一層比較厚的十分黏稠的物料出現(xiàn)，取樣后測試得知為含有某種副產(chǎn)品的混合物，其黏度在25000cP以上，這就完全超出了當(dāng)初攪拌設(shè)計的要求，并且此臺攪拌底層槳葉距釜底的距離只有100mm，當(dāng)?shù)讓訕~陷入或埋入高黏物料內(nèi)，當(dāng)再一次啟動攪拌時會導(dǎo)致攪拌器超載而瞬間扭距過大打彎軸或槳葉。通過軸端的軸跳動檢測和攪拌軸的運轉(zhuǎn)情況可以確定軸已經(jīng)彎曲，繼而可以判斷是軸彎帶動了機械密封的損壞而泄漏。
四、問題解決
3個攪拌器的設(shè)計和使用工況均不相同，所以解決問題的方式也各不相同，需按每臺的實際情況來解決問題。
（1）1號攪拌器
為了避免之前描述的料山超載的情況，現(xiàn)在有短期和長期兩種解決方式：因為短期內(nèi)仍然要使用真空轉(zhuǎn)料，不可避免地可能會再次出現(xiàn)過大的料山狀態(tài)導(dǎo)致攪拌過載，所以為了避免在這種情況下攪拌過載，將攪拌器的轉(zhuǎn)速調(diào)低，慢速打破料山避免過載發(fā)生。但這只是一個應(yīng)急的短期方案，仍然有一定的風(fēng)險發(fā)生，一勞永逸的方案應(yīng)該是徹底規(guī)避這個風(fēng)險。所以長期方案就是尋找合適的轉(zhuǎn)料泵，讓五氧化二磷懸浮液均勻地輸送到反應(yīng)釜內(nèi)，但是為了規(guī)避超載的可能性，仍然在轉(zhuǎn)料時使用低速。
（2）2號攪拌器
針對外部瞬間沖擊這個原因，攪拌器本身沒有任何有效的措施去規(guī)避，所以只能從工藝操作上找出根源以避免固體顆粒的出現(xiàn)。之后工藝和化學(xué)師通過取樣分析，確定此固體是因為某種原料的加料速率過大導(dǎo)致的，調(diào)整了加料速率，經(jīng)過幾批反應(yīng)的實驗，固體顆粒消失。
（3）3號攪拌器
根據(jù)原因分析可知，確因最初設(shè)計時工藝條件描述錯誤所致，為了滿足目前的操作使用需求，決定改進(jìn)攪拌的設(shè)計，以滿足其高黏啟動的需要，基本的改進(jìn)措施為：改進(jìn)槳葉形式、加粗?jǐn)嚢栎S并且改成變頻控制，使其在高黏狀態(tài)下低速啟動。
五、小結(jié)
通過本公司三個攪拌器故障的分析和解決，可知攪拌器故障的發(fā)生和工藝設(shè)計、操作狀況有緊密的聯(lián)系，如果出現(xiàn)了故障，就應(yīng)該綜合工藝設(shè)計和操作過程來找出故障的根源，繼而找到最終的解決辦法。
作者：杜海燕 單位：帝斯曼維生素（上海）有限公司
