顺丁橡胶凝聚釜搅拌器桨叶断裂原因分析及解决方案

【摘要】通过对凝聚釜搅拌器桨叶的应力校核，分析出搅拌器桨叶断裂原因为该桨叶设计厚度不足，运行时受到的弯曲应力大于许用应力，导致桨叶疲劳断裂。通过增加桨叶厚度，降低桨叶的弯曲应力，从而解决桨叶断裂的问题。

【关键词】凝聚釜；搅拌器；桨叶；断裂；应力

1、设备概况

大庆石化顺丁橡胶装置是大庆石化120万吨/年乙烯改扩建工程的配套装置，其主要工艺为1、3丁二烯在催化剂的作用下进行溶液聚合从而形成橡胶胶液。胶液采用水析发凝聚工艺，利用水蒸气蒸馏原理，胶液与热水混合后一起喷入凝聚釜，釜底通入1.0MPa蒸汽，使胶液中易挥发的溶剂油、丁二烯气化，橡胶凝聚成胶粒，从而达到未反应完全的丁二烯与橡胶分离。

凝聚釜搅拌器的作用是利用机械搅拌，使胶液呈滴状分散于热水中，在通过蒸汽加速滴状胶液中的丁二烯迅速气化，从而进入下一步工序。

凝聚釜搅拌器是一台含二层搅拌桨叶的搅拌器，桨叶形式为斜叶开启涡轮式，每层搅拌桨叶数量为3片，桨叶材质为06Cr18Ni10Ti。

2013年7月，该釜运行9000小时后，下层搅拌桨叶全部从螺栓连接处断裂。

2、搅拌器桨叶断裂原因分析

对搅拌桨叶断裂部位形貌观察，断裂部位为搅拌桨叶与桨叶座连接的螺栓孔处，与搅拌桨叶座外缘平齐，断口平面光滑，无明显弯曲变形。

对搅拌器桨叶断口进行观察，断口宏观上比较平齐光亮，微观上断口呈贝纹线形，且处于螺栓开孔处，因为断口无明显变形，且与搅拌桨叶受力的方向垂直，所以初步判断该桨叶断裂属于因疲劳造成的脆性断裂。断裂的部位处于螺栓开孔处的应力集中部位。

3、对该搅拌桨叶强度校核

对该搅拌桨叶进行力学分析，这种斜叶开启涡轮式搅拌器运行时搅拌桨叶承受弯曲应力及扭转应力，该搅拌器对流体做功时的危险断面在搅拌桨叶的根部，即该桨叶断裂处。

所以，可以判断该搅拌桨断裂原因为因设计原因桨叶弯曲应力大于许用应力导致桨叶从根部疲劳断裂。

为保证搅拌桨叶，在不改变桨叶形状前提下，可以通过增加桨叶厚度改变。

3.3.4在满足许用应力条件下计算桨叶最小厚度

取整得。

4、结束语

通过对搅拌器桨叶的应力校核，该凝聚釜搅拌器桨叶断裂的原因为该桨叶设计厚度不足，桨叶在运行中受到的弯曲应力大于该材料的许用应力，造成桨叶长时间处于过载条件下运行导致桨叶疲劳断裂。通过上述结论，我们将桨叶改为采用15mm厚的钢板重新制作，并投入运行至今，累计运行约18000小时，再未发生类似故障。

参考文献

[1]朱有庭，曲文海，于浦义.化工设备设计手册[M].化学工业出版社，2005

作者简介

凌析，男，工程硕士，工程师，2013年毕业于东北石油大学机械工程学院，现在大庆石化公司化工三厂橡胶聚合二车间任设备工程师。