孟慶華
(中國石化集團(tuán)南化公司連云港堿廠,江蘇 連云港 222042)
近10年來,過濾式離心機(jī)在化工行業(yè)的使用越來越廣。我廠在輕灰降低水分、重灰降低鹽分和濕小蘇打脫水中均使用離心機(jī),有推料式也有刮刀式;由于離心機(jī)本身結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)目的性的不同,在實(shí)際操作中有許多區(qū)別。過濾離心機(jī)在國內(nèi)的生產(chǎn)制造和使用時(shí)間較短,大部分離心機(jī)的生產(chǎn)制造停留在模仿和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)階段,在使用中也存在許多問題。通過我廠多年的使用和摸索,對(duì)離心機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中所出現(xiàn)的故障以及設(shè)計(jì)上所存在的缺陷進(jìn)行分析和探討,希望能夠在今后的離心機(jī)設(shè)計(jì)、制造和化工生產(chǎn)中起到借鑒作用。
我廠采用離心過濾機(jī)為濕重堿脫水,該裝置主要設(shè)備采用德國克勞斯-馬斐公司生產(chǎn)的推料式離心機(jī),它是一種連續(xù)作業(yè)的過濾式離心機(jī),整體反應(yīng)為物理反應(yīng),將重堿進(jìn)行固液分離,生產(chǎn)能力每臺(tái)為36~40t/h。
圖1 推料式離心機(jī)結(jié)構(gòu)圖
目前我廠共有德國克勞斯-馬斐生產(chǎn)的推料式離心機(jī)7臺(tái),型號(hào)SZ1000/2-12/4K10,工藝處理區(qū)基本上有過濾籃筐、推料盤、推料籃筐、進(jìn)料絞龍、布料盤、洗滌裝置和固料收集器組成。主電機(jī)P=75 kW,n=1 500r/min,液壓電機(jī)P=45kW,n=1 500 r/min,螺旋給料機(jī)P=4kW,n=1 500r/min(變頻)。
該套裝置于2004年10月投料試車,在開車72小時(shí)考核中,大多數(shù)工藝指標(biāo)、工藝參數(shù)在控制范圍內(nèi),基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求,重堿水分、鹽分均能滿足要求。重堿水分篩分率見表1。
表1 重堿水分分析數(shù)據(jù)表(%)
出離心機(jī)重堿水分≤13%(W%)
出離心機(jī)重堿鹽分≤0.15%(W%)
固體損失量≤1.3%(W%)
自我廠推料式離心機(jī)投產(chǎn)至今,液壓系統(tǒng)、工藝處理區(qū)均出現(xiàn)嚴(yán)重故障,主要因?yàn)樵撔吞?hào)離心機(jī)在純堿生產(chǎn)中的使用經(jīng)驗(yàn)過少,許多設(shè)計(jì)不合理,無法滿足純堿生產(chǎn)工藝上的需要。自2004年起,我廠花費(fèi)了4年的時(shí)間,對(duì)各個(gè)缺陷逐一解決并改進(jìn),同時(shí)不斷推進(jìn)進(jìn)口備件的國產(chǎn)化,實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口離心機(jī)最經(jīng)濟(jì)、最穩(wěn)定的運(yùn)行。
1.3.1 物料處理區(qū)
自離心機(jī)投用以來,故障發(fā)生最多的地方在物料處理區(qū),集中體現(xiàn)在布料盤、籃筐、刮刀幾個(gè)部位。
由于重堿物料的特殊性,在離心機(jī)開車初期,布料盤上M10×30的螺栓在6臺(tái)離心機(jī)上均出現(xiàn)了折斷的情況;原設(shè)計(jì)的布料盤上由M12×80螺栓通過支柱支撐固定在底座上,這個(gè)螺栓也出現(xiàn)多次斷裂。
針對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)際需要,對(duì)該部分做出以下改動(dòng):①將布料盤與底座之間的間隙為15mm調(diào)整至20mm,加快物料流動(dòng);②支柱與底座聯(lián)接方式的改進(jìn),將原設(shè)計(jì)的6根方形支柱由M12×80螺栓固定在底座上,改為8根圓形支撐柱焊接在布料盤的底座上;③布料盤固定螺栓的改進(jìn),將原設(shè)計(jì)6根M8×30螺栓改為M10×30,在使用中依然出現(xiàn)螺栓斷裂情況,后來增加至雙排16根M10×30的螺栓。
內(nèi)籃筐從根部的斷裂造成的后果是非常嚴(yán)重的,更換時(shí)間及所花費(fèi)的費(fèi)用相對(duì)較多,一件籃筐價(jià)值40萬元。開車不久后,在內(nèi)籃筐內(nèi)側(cè)根部集水槽處出現(xiàn)斷裂,雖經(jīng)過焊接、動(dòng)平衡處理后,依然出現(xiàn)類似情況,后經(jīng)過離心機(jī)生產(chǎn)廠家的改進(jìn),將此處集水槽消除,避免應(yīng)力的產(chǎn)生,至今未出現(xiàn)類似的故障。
物料處理區(qū)的內(nèi)外籃筐以及推料盤上均有刮刀,推料刮刀為圓環(huán)狀,安裝在推料盤和內(nèi)籃筐上,起到推料作用;外籃筐上有一對(duì)拐角刮刀,用于清理籃筐內(nèi)出來的物料。由于設(shè)計(jì)上的缺陷,這些刮刀均出現(xiàn)斷裂的情況。通過比較和生產(chǎn)需要,將原有的四氟圓環(huán)刮刀改進(jìn)為316L材質(zhì),拐角刮刀加厚處理,改變裝配方式,改進(jìn)后各種刮刀使用壽命得到了大大延長。
1.3.2 液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)是離心機(jī)的核心部分,用來完成離心機(jī)推料和軸承的潤滑,主要由供油油泵和活塞兩大部分組成。
SZ1000/2離心機(jī)供油油泵由雙葉片泵構(gòu)成,連續(xù)工作,型號(hào)PVV52-1X/193/40,輸出油壓為7 MPa,產(chǎn)生在推料盤的推力為310kN。兩個(gè)葉片泵之間用一花鍵套聯(lián)接兩主軸,主油泵的主軸有軸承,副油泵主軸采用軸套,而且軸套位置在兩泵之間。
多年運(yùn)行后,花鍵軸和花鍵套出現(xiàn)磨損;軸套的磨損產(chǎn)生了一定的縫隙,主油泵與副油泵存在的壓力差通過縫隙而降低,導(dǎo)致離心機(jī)推料油壓不足,這種問題不是短時(shí)間造成,而是逐步產(chǎn)生的,體現(xiàn)在離心機(jī)推力不足。前期已經(jīng)對(duì)花鍵軸、花鍵套、聯(lián)軸器成功國產(chǎn)化,但是對(duì)軸套經(jīng)過多次試驗(yàn),均沒有成功,主要是材質(zhì)過于復(fù)雜,且精度較高。由于國內(nèi)沒有油泵可以達(dá)到此推力,所以油泵只能采用進(jìn)口,一臺(tái)油泵需要20萬元,目前已經(jīng)更換了3臺(tái)離心機(jī)油泵。
活塞與主軸的定位依靠一個(gè)φ8立銷,由于活塞材質(zhì)較軟,長時(shí)間運(yùn)行后,立銷與活塞配合處容易出現(xiàn)豁口,最終導(dǎo)致故障的出現(xiàn)。前期咨詢離心機(jī)廠家,建議將軸和活塞同時(shí)旋轉(zhuǎn)一定角度后的位置重新加工出立銷孔,裝配后可正常使用,這種方法只能多利用一次活塞和主軸,造成很大的浪費(fèi)。后我廠在檢修過程中對(duì)活塞上油路進(jìn)行分析,加工油路,在不調(diào)整主軸上定位孔的情況下,僅僅調(diào)整活塞上的立銷定位孔,液壓系統(tǒng)同樣工作正常?;钊狭N配合位置磨損完后,可對(duì)此處進(jìn)行鑲套加工,使得活塞可以重復(fù)利用,節(jié)約費(fèi)用每次可達(dá)20萬元以上。
1.3.3 離心機(jī)進(jìn)出料裝置
離心機(jī)進(jìn)料絞龍出現(xiàn)斷裂情況主要是該絞龍軸為懸臂式結(jié)構(gòu),絞龍翅片采用多塊拼接外包漿(316L)的方式,表面看起來很厚實(shí),隨著絞龍使用中外包漿的磨損變薄,絞龍軸很容易斷裂。在后續(xù)國產(chǎn)定制的絞龍軸采用的是整板加工,避免了類似情況的出現(xiàn)。
在物料離開離心機(jī)外籃筐后,大部分物料依靠外籃筐上的拐角刮刀卸料,拐角刮刀和籃筐的轉(zhuǎn)速相同,導(dǎo)致了物料也具有相同的初速度,呈噴射狀下落,落在皮帶運(yùn)輸機(jī)上時(shí),很容易造成物料飛濺,使得物料浪費(fèi)嚴(yán)重。后在離心機(jī)出口溜管處增加一斜板,當(dāng)物料打至斜板后,力量可以大大減弱。在后期該型號(hào)離心機(jī)生產(chǎn)中,已對(duì)該部位進(jìn)行了改動(dòng),不采用拐角刮刀卸料,物料呈自由落體狀卸料。
進(jìn)出溜管的磨損是離心機(jī)日常維護(hù)重點(diǎn)內(nèi)容,我廠采用高分子聚乙烯復(fù)合板制作進(jìn)出口溜管,同時(shí)對(duì)進(jìn)料絞龍內(nèi)襯殼體也采用同樣材料,延長溜管的使用壽命10倍以上。
我廠使用的P-120/2型離心機(jī)為1999年由江蘇省機(jī)械設(shè)備成套局從瑞士Ferrum公司引進(jìn)的兩級(jí)推料式離心機(jī)。主要用于低鹽重灰生產(chǎn)中降低一水堿中的鹽分和水分。
P-120/2型離心機(jī)與SZ1000/-12/4K10兩級(jí)推料離心機(jī)在結(jié)構(gòu)上大致相同,主電機(jī)P=132 kW,n=1 500r/min;液壓電機(jī)P=55kW,n=1480 r/min;螺旋給料機(jī)P=9.2kW,n=1 450r/min(變頻)。油泵為雙Sauer-Sundstrand型86P-197/072泵,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速容量387L/min,可調(diào)推送頻率40~66次/min。主要結(jié)構(gòu)如圖2。
圖2 推料式離心機(jī)結(jié)構(gòu)圖
分離后主要操作指標(biāo):
1)出離心機(jī)一水堿游離水分:<4%
2)出離心機(jī)一水堿NaCl含量:0.17%~0.25%(干基)
3)濾液中的固體含量:<5%
4)固體回收率:>98%
5)洗車次數(shù):每8h不超過一次
6)洗水用量:≤100L/t(干一水堿)
7)洗水溫度:≥75℃
8)離心機(jī)油溫:50~55℃
P-120/2離心機(jī)與SZ1000離心機(jī)的主要設(shè)計(jì)理念相同,在一些部位還是有所區(qū)別,最主要集中在兩個(gè)位置,一是推送機(jī)構(gòu),二是液壓泵組件。
2.2.1 推送機(jī)構(gòu)
液壓推送機(jī)構(gòu)與控制閥組成往復(fù)式運(yùn)動(dòng)單元,活塞盤和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的必要部件安裝在壓力缸內(nèi),它也是轉(zhuǎn)子的從動(dòng)皮帶輪。
P-120/2離心機(jī)的液壓活塞部分的潤滑油通過皮帶輪后部的一個(gè)Rotostat的流體靜力自對(duì)準(zhǔn)液體傳輸密封裝置,采用同軸和中心供油方式,對(duì)推料機(jī)構(gòu)提供液壓油,同時(shí)通過換向閥實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng),無需外部推力。而SZ1000離心機(jī)在這個(gè)部位的結(jié)構(gòu)顯得比較簡單和巧妙,通過活塞、壓力缸(皮帶輪)、主軸以及主機(jī)軸承箱上的各油路,完成了液壓油的輸送程序,并且通過了活塞上的換向閥實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)往復(fù)運(yùn)行。兩者相比較,最大的不同就是P-120/2離心機(jī)多了一個(gè)Rotostat的流體靜力自對(duì)準(zhǔn)液體傳輸密封裝置。
Rotostat的流體靜力自對(duì)準(zhǔn)液體傳輸密封裝置也叫旋轉(zhuǎn)連通節(jié),被應(yīng)用于要求高轉(zhuǎn)速、高壓力的場合,固定件和旋轉(zhuǎn)件工作時(shí)互不接觸,只產(chǎn)生黏性的流體摩擦,其產(chǎn)生的泄漏量將被保持在一個(gè)很小范圍、預(yù)先給定的界限之內(nèi),固定件和旋轉(zhuǎn)件之間的間隙高度為10至15μm,通過一個(gè)逆反間隙控制裝置,可保證在所有運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下維持間隙大小的恒定,彈性的、與壓力相關(guān)的變形通過液壓補(bǔ)償被抵消。
2.2.2 液壓泵組件
P-120/2離心機(jī)的液壓泵組件主要由油泵單元、油冷器、回油過濾器、泄壓閥、節(jié)流閥及油分配器組成;油泵單元由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)凸輪葉片泵組成,并與一個(gè)公共的中間箱體之間采用法蘭聯(lián)接,推送機(jī)構(gòu)頻率在運(yùn)行中可調(diào)整,頻率40~66次/min。
SZ1000離心機(jī)的液壓泵組件與P-120/2離心機(jī)不同之處沒有泄壓閥、節(jié)流閥和油分配器,這三個(gè)部件可以更好地調(diào)控液壓油的分配,特別在設(shè)備出現(xiàn)故障或者物料推不動(dòng)時(shí),P-120/2離心機(jī)可以通過自身的油壓調(diào)控系統(tǒng),將液壓分流,這樣可以避免油壓過大對(duì)其它部件造成損壞或泄漏。這一點(diǎn)設(shè)計(jì)P-120/2離心機(jī)很有優(yōu)勢,考慮充分,實(shí)際工作中這種情況確實(shí)存在。SZ1000離心機(jī)如果出現(xiàn)類似故障后,一般都是物料在籃筐內(nèi)堆積,最后導(dǎo)致振動(dòng)值加大、報(bào)警,從而造成保護(hù)性停車,這種情況很容易造成離心機(jī)其他部件的損壞。
離心機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中的大部分工藝指標(biāo)均達(dá)到或接近設(shè)計(jì)值,基本收到了預(yù)期的效果,但仍然存在一些問題,突出表現(xiàn)在:①洗水用量不好控制,容易造成鹽分波動(dòng)。②在開離心機(jī)的情況下成品重灰粒度差,有時(shí)小于70%(0.18~1.18mm)。③濾液Na2CO3含量高,即損失率較高,濾液濃度平均高達(dá)140tt。④離心機(jī)與流化床不匹配,容易造成流化床死床。
前三個(gè)問題通過控制可以解決,但第四個(gè)問題很難通過工藝操作控制解決。主要分析如下:流化床屬于靜態(tài)的烘干裝置,和傳統(tǒng)的純堿企業(yè)使用的烘干設(shè)備煅燒爐有很大的區(qū)別,它主要依靠流化床的進(jìn)口的鼓風(fēng)機(jī)和出口的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)力來實(shí)現(xiàn)物料在流化床內(nèi)部的流動(dòng)。在我廠生產(chǎn)低鹽堿過程中,存在物料通過離心機(jī)進(jìn)入流化床后,很容易在蒸汽和冷卻循環(huán)水的盤管縫隙內(nèi)結(jié)塊,流化床運(yùn)行周期大大縮短,最長僅為15天,且不能滿負(fù)荷運(yùn)行,嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。如不開離心機(jī),流化床周期一般在半年左右。
對(duì)此問題,經(jīng)觀察現(xiàn)場和綜合分析后,認(rèn)為離心機(jī)脫水后的物料進(jìn)入流化床后,物料較脫水前較為密實(shí),且呈團(tuán)狀,由于流化床為靜態(tài)烘干設(shè)備,僅靠風(fēng)力的作用,處理團(tuán)狀物料有很大的缺陷,導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)床內(nèi)生成大量堿塊,不能保持正常的流化狀態(tài),堿塊在床內(nèi)堆積過多時(shí)導(dǎo)致死床,而處理死床要一天至兩天時(shí)間,且浪費(fèi)大量的物料和人力。堿塊多生成在床內(nèi)加熱管組的縫隙內(nèi),普通工具無法清理,在處理死床過程中,只能用熱的廢淡液沖洗床內(nèi)加熱管縫隙中堿塊,存在較大的安全隱患,同時(shí)經(jīng)常沖洗對(duì)床體造成嚴(yán)重腐蝕。
后期,在離心機(jī)出口處增設(shè)了破碎機(jī)、增加風(fēng)量、注意各溜管的密封和保溫等措施,延長了流化床穩(wěn)定周期,但沒有從根本上解決問題。目前,一般離心機(jī)生產(chǎn)低鹽重灰時(shí),運(yùn)行一周左右,便停運(yùn)行,通過生產(chǎn)普通重灰來不斷調(diào)節(jié)流化床的狀況,待好轉(zhuǎn)后再生產(chǎn)低鹽重灰。
通過多年運(yùn)行觀察,如果要想使離心機(jī)在低鹽重灰生產(chǎn)中得以充分發(fā)揮作用,建議與煅燒爐相配套,以上問題在我廠輕灰生產(chǎn)工序中沒有出現(xiàn)。
GKH800-NB虹吸刮刀卸料離心機(jī)具有一般過濾離心機(jī)的優(yōu)點(diǎn),而且利用虹吸原理增加離心過濾的推動(dòng)力,提高了生產(chǎn)能力,降低了濾餅的含濕量,有很好的節(jié)能效果,操作運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),維護(hù)方便,耗能低,所獲產(chǎn)品品質(zhì)高,適用小蘇打生產(chǎn)工序中濕物料的分離、洗滌、脫水。我廠小蘇打裝置先后使用3種刮刀式離心機(jī),均為重慶江北機(jī)械廠生產(chǎn),型號(hào)分別為GK800、GKH800-N和GKH800-NB,后者為前者的升級(jí)產(chǎn)品,其中GKH800-N和GKH800-NB增加了虹吸功能。
GKH800-NB離心機(jī)主要由物料處理區(qū)、主機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、液壓油站等幾部分構(gòu)成,轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)功率75kW,采用的獨(dú)立油站供油,額定壓力5MPa,工作流量Qmax為25L/min。在物料處理區(qū),物料通過布料器分布在籃筐上,在離心力的作用下,物料脫水完成,濾液通過虹吸裝置排出,物料被提升的刮刀刮到集料槽內(nèi)。
由于該離心機(jī)為上世紀(jì)引進(jìn)國外進(jìn)口離心機(jī)的技術(shù),在油路的密封和刮刀裝置部分還存在一定的缺陷,而且油站結(jié)構(gòu)復(fù)雜,電磁閥損壞頻繁,刮刀刮料時(shí)瞬間沖擊力較大,生產(chǎn)中依然存在一定的問題。刮刀組件是離心機(jī)損壞最多的部件,集中出現(xiàn)在刮刀片損壞、刮刀軸軸承損壞、刮刀油缸密封磨損等問題。液壓油站也是故障點(diǎn)之一。
3.2.1 刀片的損壞
刮刀片采用離心機(jī)廠家生產(chǎn)的備件,刀片基底為不銹鋼,刀口處鑲嵌硬質(zhì)復(fù)合材料。在使用過程中,多次出現(xiàn)刀口崩裂、缺口等非正常的損壞,如果使用正常,一把刀可以使用一個(gè)月。對(duì)于損壞的刮刀片進(jìn)行了集中分析,認(rèn)為主要由以下幾個(gè)原因造成刀口崩裂:①籃筐物料層中有雜質(zhì),特別是上道工序檢修未清理干凈的焊條頭、鐵渣等異物時(shí),在刮刀提升刮料過程中,當(dāng)刮刀碰到高速旋轉(zhuǎn)的較硬的異物時(shí),刀口很快崩裂;②離心機(jī)的門蓋螺栓松動(dòng)時(shí),由于刮刀組件固定在端蓋上,當(dāng)刮刀處理物料產(chǎn)生巨大沖擊力導(dǎo)致端蓋和刮刀振動(dòng),刀口受力不均勻,也容易導(dǎo)致刀口崩裂;③打開端蓋洗車時(shí),由于誤操作開啟刮刀運(yùn)行,此時(shí)刮刀很容易頂在籃筐的外環(huán)板上,導(dǎo)致刀口崩裂;④刮刀軸軸承損壞如同端蓋松動(dòng)一樣結(jié)果,刀口也容易崩裂。
3.2.2 刮刀軸軸承的損壞
刮刀軸軸承損壞是GKH800-NB刮刀離心機(jī)比較突出的問題,也是比較嚴(yán)重的故障。當(dāng)刮刀軸軸承損壞時(shí),在離心機(jī)工作中,高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與刮刀接觸的瞬間,巨大沖擊力很容易導(dǎo)致刀架斷裂,斷裂的刀架不僅將籃筐內(nèi)篩網(wǎng)拉壞,甚至還有可能造成籃筐、料層分布器等其他部件的損壞。對(duì)損壞的刮刀軸組件進(jìn)行解體分析,通過損壞的軸承判斷主要有以下幾個(gè)方面造成:①刮刀組件自身設(shè)計(jì)的缺陷,在刮刀軸和外套聯(lián)接密封處,僅用一個(gè)“O”型橡膠密封圈密封,當(dāng)刮刀刮料振動(dòng)或者長時(shí)間使用后,這個(gè)橡膠密封圈很難在充滿高溫小蘇打?yàn)V液的環(huán)境中起到密封作用,而且小蘇打?yàn)V液中的顆粒很容易結(jié)晶,橡膠的老化和刮刀的振動(dòng)很容易導(dǎo)致軸承上潤滑失效,當(dāng)軸承進(jìn)入小蘇打?yàn)V液后,軸承很快就損壞;②離心機(jī)刮刀主軸外端蓋固定圓螺母的松動(dòng)也是造成軸承損壞關(guān)鍵點(diǎn)之一,主軸固定在大端蓋上,用三個(gè)圓螺母緊固,長時(shí)間的刮料沖擊必將導(dǎo)致圓螺母松動(dòng),這時(shí)刮刀主軸失去了固定,軸承定位失效,加劇了軸承損壞。③刮刀主軸上有加油孔,需要定期加油,缺油時(shí)也會(huì)導(dǎo)致軸承因缺油損壞,這一點(diǎn)一般不太注意,因?yàn)榧佑涂自诙松w內(nèi)側(cè)。
目前國內(nèi)生產(chǎn)離心機(jī)廠家較多,但多為引進(jìn)國外技術(shù),同時(shí)離心機(jī)制造商在機(jī)器使用中所存在的問題不夠充分了解,由于化工物料的多樣性和特殊性,在實(shí)際使用過程中存在不少問題。如果要離心機(jī)在國內(nèi)化工行業(yè)中發(fā)揮更大作用,還需通過與化工生產(chǎn)緊密聯(lián)系,改進(jìn)離心機(jī)結(jié)構(gòu),共同促進(jìn)雙方的發(fā)展。