15m³壓力反應(yīng)釜的優(yōu)化改造

沈元澤

【摘 要】對于壓力反應(yīng)釜，更高的原料處理效率就意味著更高的產(chǎn)量，如何在同樣的時(shí)間處理更多原料因此成為入手點(diǎn)，而現(xiàn)有的15m3反應(yīng)釜由于受到多方面的因素制約，產(chǎn)能一直無法提高，本文對現(xiàn)有反應(yīng)釜進(jìn)行優(yōu)化改造，達(dá)到節(jié)約能源、提高產(chǎn)量的目的。通過對密封系統(tǒng)的改造，有效地提高了密封穩(wěn)定性，減少了檢修頻次，減小了安全隱患，各項(xiàng)工藝及設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)符合預(yù)期，同時(shí)又達(dá)到了我們用最少的投入獲得最大效益的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】壓力反應(yīng)釜 攪拌 推進(jìn)式 密封 優(yōu)化

生產(chǎn)中設(shè)備的科學(xué)及優(yōu)化設(shè)計(jì)對提高生產(chǎn)率有著十分必要的作用，隨著鎢礦品位的降低及生產(chǎn)流程中產(chǎn)能的擴(kuò)大，按原配置壓煮的設(shè)備的產(chǎn)能已無法滿足生產(chǎn)要求，如何采取有效的措施在現(xiàn)有設(shè)備上提高產(chǎn)能變成一個(gè)重要課題。

1 背景及存在問題

在改造前，一部礦石分解作業(yè)主要依靠10臺(tái)不同規(guī)格的壓力反應(yīng)釜，而其中4臺(tái)15m3反應(yīng)釜承擔(dān)了80%以上的產(chǎn)量任務(wù)，每天共可處理15批共計(jì)45噸礦石，在很大程度上決定了最終產(chǎn)量。

2 壓力反應(yīng)釜改造方案

2.1 攪拌裝置改造

從本質(zhì)上講攪拌過程就是在流動(dòng)場中進(jìn)行單一的動(dòng)量傳遞或者是包括動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)的過程，而攪拌器就是通過時(shí)攪拌介質(zhì)獲得適宜的流動(dòng)場而向其輸入機(jī)械能量的裝置。因此流動(dòng)場問題和攪拌能量問題一直是攪拌過程所研究的主要課題。

針對目前工藝流程中15m3壓煮器運(yùn)行的現(xiàn)狀，要對攪拌器進(jìn)行改造，首先需要面對并解決幾個(gè)問題：（1）改造后料液流動(dòng)性應(yīng)更強(qiáng)，在增加投礦量的情況下通過更強(qiáng)的攪拌保證加熱到180℃的時(shí)間不會(huì)增加。（2）改造完成后可以使每批次投礦量增加10%，達(dá)到3.3噸/批，同時(shí)機(jī)上渣含鎢量控制在0.3%以下，即保證新攪拌情況下，攪拌效果不降低。（3）因壓煮器是壓力容器，安全要求高，因此要把安全性放在第一位。（4）在不改變攪拌動(dòng)力系統(tǒng)的前提下綜合考慮攪拌參數(shù)，使之達(dá)到最佳工作狀態(tài)，同時(shí)又不可出現(xiàn)電流過大、鍋體晃動(dòng)等安全問題，充分發(fā)揮出壓煮器的潛在產(chǎn)能。

為了達(dá)到設(shè)計(jì)目的，對于之前提出的問題，實(shí)現(xiàn)方案如下：

在原有舊攪拌系統(tǒng)中，上下兩對攪拌葉片均為普通漿式攪拌器，這種攪拌構(gòu)造簡單造價(jià)低，但是攪拌效果不能滿足我們更高的要求，因?yàn)闃綌嚢杵鲗α黧w的循環(huán)流動(dòng)只停留在處理每批3噸礦石的水平，投入更多的原料會(huì)導(dǎo)致攪拌效果更差甚至減速機(jī)負(fù)荷過大；而推進(jìn)式攪拌可以在相同轉(zhuǎn)速下更多的將攪拌器輸入流體的能量轉(zhuǎn)化為流體的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，攪拌時(shí)，流體由槳葉上方吸入，下方以筒狀螺旋形輸出，流體至容器底再沿壁面返至槳葉上方，形成軸向流動(dòng)。推進(jìn)式攪拌器攪拌時(shí)流體的湍流程度不高，但循環(huán)量大，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速可以在較小的攪拌功率下獲得較好的攪拌效果。

根據(jù)實(shí)際的工藝要求，我們選擇了的四葉推進(jìn)式攪拌（見圖1），推進(jìn)式是最典型的軸流型攪拌器，高排液量，低剪切性能；采用擋板或?qū)Я魍矂t軸向循環(huán)更強(qiáng)。排出性能明顯提高，因?yàn)樗h(huán)能力強(qiáng)，動(dòng)力消耗低，在大容量均相、混合過程中應(yīng)用最能體現(xiàn)其優(yōu)勢，在低粘度的液體傳熱、反應(yīng)、固液比小時(shí)的懸浮、溶解等過程中應(yīng)用廣泛。

根據(jù)現(xiàn)有反應(yīng)釜參數(shù)及使用參數(shù)，確定攪拌器主尺寸，dj為攪拌器直徑，D為反應(yīng)釜內(nèi)徑，參照選型手冊：

dj/D=0.1—0.5，許用線速度V=3—15m/s，

由于是現(xiàn)場改造，減速機(jī)等配套盡量不做改變，功率18.5Kw，速比1：17；

攪拌轉(zhuǎn)速r=1440/17=85rad/min

由于轉(zhuǎn)速略低，因此dj可取大值，而D=2600mm，根據(jù)計(jì)算及使用經(jīng)驗(yàn)，取dj=1000mm，其余參數(shù)取自設(shè)計(jì)手冊。

圖1 四葉推進(jìn)式攪拌

為了加強(qiáng)釜內(nèi)流體的循環(huán)激烈程度，在其上方又加設(shè)一對四葉開啟渦輪式攪拌器，（見圖2）

圖2 四葉開啟渦輪式攪拌

這種斜葉開啟渦輪式攪拌器，是一種軸流型攪拌器，有較好的對流循環(huán)能力，并有一定的湍流擴(kuò)散能力，適合應(yīng)用于混合、分散、微粒結(jié)晶、反應(yīng)、溶解、固液懸浮、傳熱等操作。這就保證在15m3的釜體中依然能夠提供充分的流體循環(huán)。而在之后增加的7、8#壓煮器中，加設(shè)了三副擋流板，可有效防止漩渦產(chǎn)生。

2.2 密封裝置改造

在對攪拌器進(jìn)行改造的同時(shí)，附屬系統(tǒng)的匹配程度也是不容忽視的，因此我們對攪拌支架、密封結(jié)構(gòu)及冷卻方式、攪拌軸等部分也進(jìn)行了不同程度的優(yōu)化，以保證整套攪拌系統(tǒng)的正常運(yùn)行。優(yōu)化改造部分主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）攪拌軸結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，包括：1）軸上與填料相接觸的密封面處，采用熱處理后再上磨床的加工方法，保證密封面處的粗糙度及減小熱變形，最大程度減小泄露可能性，增強(qiáng)密封效果。2）軸上部件一律采用鍵聯(lián)接，使整根軸結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，保障裝配精度以確保攪拌的動(dòng)平衡的同時(shí)使裝配更為簡易，降低檢修難度。3）漿葉與攪拌軸的固定改為帶定位環(huán)、槽的兩半卡箍形式，裝配穩(wěn)定性更高。（2）攪拌軸重新設(shè)計(jì)，可兼容機(jī)械密封和填料密封，互換性更好，改造空間更大。（3）改變了填料盒的冷卻系統(tǒng)，在減速機(jī)支架底部，即填料盒底部增加了一套冷卻水系統(tǒng)，降低熱膨脹對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的影響。（4）重新設(shè)計(jì)了填料盒及壓盤根方式。（5）為了方便裝填料，機(jī)架下段加高50mm，增大填料壓蓋上提空間。（6）重新計(jì)算、核定攪拌功率。（7）重新設(shè)計(jì)配置攪拌形式。

2.3 釜體改造

反應(yīng)釜體是主要受壓元件，不可輕易改造，未了加強(qiáng)混合效果，防止漩渦產(chǎn)生，在釜體內(nèi)部加設(shè)3組擋流板，可起到如下作用：（1）消除“漩渦”現(xiàn)象：杜絕反應(yīng)釜介質(zhì)在離心力的作用下沿筒壁螺旋上升。（2）提升混合均勻度：反應(yīng)釜中折流板的存在使物料產(chǎn)生亂流現(xiàn)像，徹底強(qiáng)力地改變了介質(zhì)的流向，無論是純粉體、純液體或粉液混合體，都會(huì)形成多向翻滾亂流。在提高混合均勻度的同時(shí)還提高了生產(chǎn)效力，事半功倍。（3）消除分層現(xiàn)象：無“折流板”的反應(yīng)釜，在攪拌軸及攪拌器的作用下，不同的介質(zhì)會(huì)沿原來的路徑“螺旋”上升，只有在阻力作用下才會(huì)產(chǎn)生亂流。（4）對釜體的加固：“折流板”的存在是以焊接的形式存在于反應(yīng)釜內(nèi)部筒體，從力學(xué)方面講對筒體無疑是起到一個(gè)支撐及加固的作用。筒體是反應(yīng)釜的軀殼，對筒體的保護(hù)間接延長了反應(yīng)釜的使用壽命。（5）對攪拌軸的保護(hù)：當(dāng)反應(yīng)釜需要停車時(shí)，在斷電瞬間，攪拌軸就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。如沒有折流板的情況下，物料的“螺旋”運(yùn)動(dòng)會(huì)給停車瞬間的攪拌軸一個(gè)反向作用的力?！罢哿靼濉钡拇嬖跁?huì)在一定程度上削弱這一反向作用力，有效地保護(hù)了攪拌軸。

由于壓力反應(yīng)釜是壓力容器，不得擅自進(jìn)行維修改造工作，因此上述改造均是交由有資質(zhì)的正規(guī)廠家經(jīng)過審核后進(jìn)行，符合《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》及《壓力容器安裝改造維修許可規(guī)則》TSGR3001-2006。

3 使用效果分析

解決了密封處易泄漏料問題，降低填料維護(hù)和設(shè)備外觀維護(hù)的強(qiáng)度；提高操作崗位員工及檢修人員的安全保障；減少了因泄漏料導(dǎo)致的物料損失及因此引起停機(jī)檢修對生產(chǎn)造成影響，而且減輕檢修工作強(qiáng)度。

4 結(jié)語

通過對密封系統(tǒng)的改造，有效地提高了密封穩(wěn)定性，減少了檢修頻次，減小了安全隱患，各項(xiàng)工藝及設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)符合預(yù)期，同時(shí)又達(dá)到了我們用最少的投入獲得最大效益的目標(biāo)。改造完成后，每批可以進(jìn)料由原來的3噸增至3.3噸。在增加投料量的同時(shí)，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)攪拌電流并沒有明顯升高，加熱時(shí)的電流在22—28A之間，這就意味著在保證動(dòng)力系統(tǒng)工作狀況安全穩(wěn)定的同時(shí)不會(huì)增加過多能耗。在密封方面，由于使用的是15x15mm石墨柔性填料，成本低廉，密封效果穩(wěn)定。通過對原有攪拌的改造，有效地提高了攪拌效果，對提高生產(chǎn)效率有很重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐灝.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》機(jī)械工業(yè)出版社，1995年12月.

[3]溫秉權(quán).《金屬材料手冊》電子工業(yè)出版社，2009年6月.