丁苯橡胶装置凝聚釜搅拌器的优化改进分析

摘 要：凝聚釜由釜体和搅拌装置两大部分组成，本文针对丁苯橡胶凝聚装置凝聚釜在运行中存在的问题，提出了搅拌器改造方案。通过搅拌器的改造满足了化工生产需求，解决了搅拌器故障，并改善了搅拌器搅拌效果，从而延长了丁苯橡胶凝聚装置凝聚釜装置的使用周期。

关键词：反应釜 搅拌轴 搅拌器 丁苯橡胶 凝聚

前言

某石化公司丁苯橡胶凝聚装置凝聚釜内采用上层推进式搅拌器、下层圆盘涡轮搅拌器的双层搅拌器，该设备生产之初，基本能满足生产工艺的需要，但随着生产规模的不断扩大，逐渐暴露出凝聚釜搅拌分离效果不好、釜内液面易积胶、搅拌装置摆动大、调节拉杆易断裂等问题，严重制约了装置的高负荷生产。因此，对凝聚釜搅拌器进行优化改造以满足生产工艺的需要已成为当务之急。

一、凝聚釜搅拌器存在的主要问题

在丁苯橡胶的化工生产中，凝聚过程是在两个釜中不间断进行的。通过对几年来对丁苯橡胶凝聚装置B线凝聚釜检修情况的整理分析，原凝聚釜主要存在以下两个问题：

（1）搅拌轴摆动量大。搅拌器中间轴承的调节拉杆经常发生断裂；中间轴承和底轴承容易磨损，设备可靠度低。

（2）搅拌混合效果不佳。胶液容易积聚坨釜；蒸汽消耗量较大。

二、搅拌器存在问题的原因

2.1搅拌轴摆动量大

原凝聚釜搅拌轴采用上、下两轴刚性连接，上轴长5872mm，下轴长5515mm，上、下轴最大直径为140mm，最小直径为90mm，属于挠性轴。从整个轴系分析，主轴总长11387mm，底部轴承、中间轴承和顶部机封轴承三个支点支承使轴产生静不定。

原凝聚釜中间轴承采用球套+直套的方式，球套的材质是酚醛树脂，直套的材质是2Cr13。球套与直套的间隙为O.5mm。采用这种结构的目的是为了缓减调节拉杆和搅拌轴之间的相互作用力。但由于2Cr13与酚醛树脂硬度和耐磨性能的差异，在运行过程中，球套磨损程度远大于直套。于是，球套与直套之间的间隙增大，造成搅拌轴摆动加大.同时也使三根调节拉杆受力严重不均.导致调节拉杆断裂或脱落。调节拉杆的断裂脱落又进一步加大了搅拌轴的摆动，最终造成搅拌轴严重弯曲或断裂。

2.2搅拌混合效果不佳

凝聚釜搅拌器采用上层推进式搅拌器和下层六平直叶圆盘涡轮搅拌器组成双层组合桨，两搅拌器层间距2.9m。由于凝聚釜的釜体高度和釜体直径比达到3：1，为了产生轴向循环流动，上层搅拌采用螺旋桨推进式叶轮.在搅拌器转动的作用下，液体向下产生较强的轴向流，并在釜内形成循环。通过凝聚釜视镜可以观察到，由于层间距较大，两层叶轮之间区域的轴向循环作用虽然存在，但并不强烈，因此在釜内实现的整体循环流动性不强，混合所需的时间较长。溢流管入口略高于2#凝聚釜上层桨叶中心线。从1#凝聚釜溢流出的胶粒水经此人口进入2#凝聚釜。于是易造成上层桨附近区域的胶粒浓度大于釜内其他区域。在操作液位波动时，这种现象更为明显。

实际生产过程中，在原双层组合桨条件下，2#凝聚釜仅在喷胶量小于25m3/h时才能正常生产。超过25m3/h时，釜内液面漂浮的胶粒层厚度将迅速增加，因此必须加大出料。而加大出料必然增加出水量，从而导致出料口胶粒浓度又变小，进出料平衡状态被打破，无法进行正常生产。

三、凝聚釜搅拌器优化改进

由于搅拌轴是挠性轴，因此通过三根调节拉杆进行限位，以防止其摆动量过大。但三根调节拉杆一旦损坏，操作人员不容易马上发现此故障，等到发现故障后，中间轴承和轴已发生严重磨损。此外，检修的工作量大，需要对釜倒空置换才能进行检修。因此，迫切需要对该搅拌器轴结构进行改进优化。

3.1搅拌器改进的条件限制

（1）利用原有的电机和减速机，保持电机功率75kW不变，搅拌器转速不变。

（2）原设备机架保持不变。

（3）原工艺技术条件和操作方法不改变。

3.2改进方案实施

为了在满足生产工艺要求的条件下彻底解决搅拌轴摆动量大、调节拉杆容易折断等问题，经过反复研究和论证.提出了下述改进方案：

（1）搅拌轴改为三轴连接。上轴和下轴直径均增大.上轴与中轴连接处直径140mm；下轴与中轴连接处直径170mm。

（2）将主轴（中轴）改为Ф219mmx24mm的空心轴，取消中间轴承和调节拉杆，由三点支承改为两点支承，解决静不定问题。

（3）对搅拌桨叶形式优化改造。搅拌器层数由原来的两层改为三层；将原上层使用的Ф1200mm推进式搅拌器改为两层Ф1300mm长薄叶桨叶，中间间距1500mm，原下层使用的Ф1100mm六直叶圆盘涡轮搅拌器改为Ф1100mm六斜叶圆盘涡轮搅拌器，下层搅拌桨叶距釜底1500mm。

（4）底轴承将原酚醛树脂直套改为镶嵌硬质合金套，以增加其耐磨性。底轴承采用支架结构，方便检修。

（5）传动轴与减速机输出轴采用刚性连接方式，以减小传动轴摆动量.使传动轴的摆动量达到机械密封的许可值。满足安装机械密封部位对轴的摆动量要求。

四、凝聚釜搅拌器改进后的效果

搅拌器改造后运行半年来，设备底轴承未发现损坏现象，机械密封运行良好，设备运行周期明显增长，物料混合效果也好于改造前。从后处理颗粒管线缓冲罐出口观察，B线的物料颗粒平均直径为5～10mm。比改造前的物料颗粒平均直径8～15mm要小，釜面很少发生积胶的情况。

搅拌器的改进对凝聚釜的生产能力具有较大的影响。我们通过对改造前后的能耗进行对比，发现B线凝聚釜搅拌装置改造后，蒸汽的消耗量有所下降，电流有所上升。

五、结论

（1）从实际运行情况看，改进后的搅拌器自投用以来运行状态一直平稳。丁苯橡胶凝聚釜采用三层搅拌桨是比较合理的，其中上层和中层选用CBY桨叶、下层选用圆盘六斜叶涡轮桨能满足丁苯橡胶生产工艺的要求。

（2）丁苯橡胶100m3凝聚釜采用大直径的空心轴、取消中间轴承和调节杆的方案是可行的，解决了轴摆动量大的问题。

参考文献

[1]王凯等，化工设备设计全书――搅拌设备[M]，北京：化学工业出版社，2003.

[2]曲文海，压力容器与化工设备实用手册（下册）[M]，北京：化学工业出版社，2000.