湿法磷酸反应槽搅拌器运行分析

刘志平

（云南三环中化化肥有限公司，云南 昆明 650114）

萃取磷酸的反应过程是液体浸蚀固体的过程。在搅拌的作用下，萃取磷酸的反应不仅取决于液体湍流运动的速度，同时也取决于液体与固体颗粒间的相对运动。因此加强搅拌有利于获得最大的P2O5转化率。在这种情况下，搅拌的作用有：使液-固相混合均匀，促进料浆循环，破除泡沫。这样在设计搅拌桨时希望获得很大的搅拌强度，导致轴功率设计的很大。［1］

我公司目前有两个300kt／a的方格槽，分18个区，每区安装1台搅拌器，其中12台安装在反应区，6台安装在消化区。反应区的物料从一区到六区，六区再经轴流泵抽到闪蒸室内回流到一区，如此循环。在此过程中，6个区的搅拌器起到物料混合和物料循环的作用，由于强度大、负荷高，搅拌器在运行过程中故障频发。本文主要围绕我公司反应槽搅拌器运行过程中存在的问题进行分析，找到根本原因并提供解决办法。

1 搅拌桨轴

轴断是反应槽搅拌器的主要故障，表1为近年搅拌轴断裂统计情况。

表1 近年来反应槽搅拌器轴断情况统计

1.1 搅拌桨轴断裂的原因分析

1）搅拌器在运行过程中，物料通过下层桨实现轴向翻动，通过上层桨实现循环流动。桨叶直径下层2250mm，上层1940mm，轴长L＝6862mm，转速n＝64r／min。反应槽料浆含固量约33%左右，固体颗粒易于沉淀，因此搅拌器必须长周期运行，其运行率和运行时间均高于其他设备。在搅拌过程中桨叶发生磨损，桨叶局部断裂后引起不平衡和振动，导致搅拌轴发生断裂，基本每年都需打捞2～3次搅拌轴，故障率高，作业过程风险大。

2）上层桨叶形式为45°PBT，下层桨叶形式为GCH2000-RA，即变截面变倾角推进式。在实际生产中，下层桨的磨损较上层桨严重，基本在运行1年后，下层桨就会磨出豁口不一，形状各异的缺口。考虑到生产成本，往往在大检修时会对下层桨叶进行挖补修复。由于现场施工的局限性，焊接变形无法消除，且修复后的搅拌桨无法做动、静平衡试验，运行时振动大，电流波动达10～20A，与换新桨叶的搅拌桨区别明显 （见表2），挖补的桨叶在焊缝处易断裂，同样会导致搅拌轴故障。

表2 反应槽搅拌器运行情况

表2为2018年磷酸Ⅱ期萃取槽复槽时收集的搅拌器运行数据，其中三区和五区为修复桨叶，其他区为新桨叶，振幅和电流波动情况对比明显差异。

3）磷酸反应槽搅拌轴为异径轴，直径为Φ273×Φ450，长度分别为2370mm＋4492mm，搅拌轴壁厚12mm，材质316L。异径轴内部连接采用法兰镶嵌，外部焊接而成。在运行过程中，振动和摆动通常来自于下层桨叶，而受扭矩和剪切力最大的位置在上层桨叶轮毂的上下，该处存在异径管焊接，轮毂与上、下轴的焊接，应力比较集中，易引起焊口脆化，产生疲劳裂纹。当搅拌桨出现异常情况时，此位置最容易发生断裂。

1.2 搅拌桨轴断裂的防范措施

1）下层桨叶的材质为316L，桨叶末梢速度7.54m／s，在搅拌过程中产生轴向流和部分涡流，加剧桨叶的磨损［2］。实践证明，下层桨叶运行6个月后，桨叶末梢厚度逐渐变薄，当运行1年后，末梢被逐渐磨蚀掉，并且逐步伤及桨叶筋板。当桨叶尖端强度不足时，搅拌过程中碰到大的垢块或异物，桨叶瞬间发生断裂，从而导致振幅加剧，桨轴断裂。因此，在运行过程中，需对每一根搅拌轴的运行和维修进行详细记录，分析其运行周期。正常的预防措施就是根据桨叶的使用周期定期检查更换，在日常维护中发现搅拌器电流波动大、振幅加剧达到7mm／s以上时，立刻安排停车检查，可基本避免搅拌轴断裂事故发生。

2）是否进行桨叶挖补必须根据实际磨损情况和位置判定。当桨叶磨损到筋板，由于挖补的面积较大且在变倾角的位置，修复后桨叶寿命短，不建议进行挖补，宜更换新桨叶。因此桨叶修复仅限于末梢位置磨蚀后小面积挖补，焊缝要打坡口，焊接前余热，先将挖补的位置点焊固定后，在焊缝区域分段点焊一块筋板防止焊接变形，这样修复可保证桨叶使用寿命和搅拌桨运行稳定。

3）桨轴断裂除了上述的桨叶磨损和桨叶断裂因素外，还有一个主要因素就是桨轴焊缝和长期运行导致的应力断裂。在装置大检修或日常维护中，经常可以发现上层桨叶轮毂的上、下焊缝有裂纹。桨轴一旦出现裂纹，首先是轴强度已不足，其次轴的直线度也已经不在要求范围内，会加速轴的断裂。针对这个问题，我公司对搅拌轴上层轮毂处进行焊接筋板加强，见图1。

图1 反应槽搅拌轴加筋板前后示意图

轮毂上下沿圆周方向各焊4块筋板，对桨轴最薄弱位置进行补强，基本避免桨轴断裂的事故发生。

通过采取以上措施，近两年磷酸反应槽搅拌器轴断事故降为0，降低了维修成本，实现了长周期运行，同时控制了作业风险。

2 减速机

2.1 减速机原理

我公司反应槽搅拌器减速机厂商为日本住友，型号PVD9080R3L-RLF-22.4，三级齿轮减速，与电机之间采用液力偶合器直连，减速机自带油泵，与一级齿轮连接传动，油泵主要对上端轴承和内部齿轮进行润滑。减速机轴承和油泵端面为平面密封，输入轴和输出轴为骨架油封密封。由于运行时间长，输入和输出端漏油严重，新油封换上后使用周期约3个月，减速机轴也出现不同程度的磨损，泄漏情况难杜绝，减速机运行隐患非常大，现场卫生难维护。

2.2 减速机漏油原因

1）我公司反应槽搅拌器运行电流在160～200A，减速机输出功率为80～105kW，减速机箱体温度长期处于75～85℃，内部油温在90℃。一般骨架油封材料为丁晴橡胶，在高温下，丁晴橡胶极易老化，受用寿命缩短，油封唇口老化变硬，还会导致减速机轴磨损，发生漏油。

2）减速机油温高，油的流动性更好，齿轮表面不能形成良好的油膜，齿轮磨损加剧，油质变差加剧磨损，形成恶性循环。油温高导致流动性强也会导致油封处泄漏。

2.3 减速机故障预防措施

1）要消除减速机故障和隐患，需从根本上解决油温高的问题。由于设计时减速机自带的只有风扇散热，风扇只能对箱体表面散热，且箱体由于粉尘、污垢堆积后导致散热效果差。经过查阅相关资料和了解相关信息，我公司对5区搅拌器安装风冷系统，通过油泵使减速机箱体内的润滑油在板式换热器内循环，板式换热器通过风扇吹风散热。目前5区搅拌器减速机箱体油温只有50～55℃，下降30℃，油封使用寿命延长，漏油和润滑问题得到极大改善。2）采用耐温性和耐老化性更好的氟橡胶油封，它的耐温范围为-25～300℃，可以满足现有工况的需求。

3 结语

我公司反应槽搅拌器在使用过程中，搅拌轴和减速机等出现过大大小小的故障，但近两年通过对桨叶、轴、减速机等部件进行优化改进和精心管理，设备整体运行状况和使用效果良好，后续将继续对搅拌器的节能改造方面进行优化升级，使其运行达到高效、节能、稳定。