PTA裝置精制結(jié)晶器攪拌器損壞原因分析及對(duì)策

蔣維宏

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司PTA部 江蘇儀征 211900）

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)聚酯行業(yè)產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，PTA行業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。一方面新上PTA生產(chǎn)裝置越來(lái)越多，另一方面單套裝置產(chǎn)能越來(lái)越大。在這些新上項(xiàng)目中，INVISTA工藝占主導(dǎo)， BP工藝也有幾家。另外，還有幾套采用的是中紡院工藝。目前正在運(yùn)行的生產(chǎn)裝置中，精制結(jié)晶器攪拌器的故障率越來(lái)越高，且產(chǎn)能越高，故障率越高，而且比較頻繁，成為制約裝置產(chǎn)能、影響產(chǎn)品質(zhì)量、造成非計(jì)劃停工的重要因素之一。精制結(jié)晶器的攪拌器無(wú)論是INVISTA工藝、BP工藝還是中紡院工藝，其攪拌器采用的都是德國(guó)EKATO制造的產(chǎn)品，其中BP工藝大多采用的是底攪拌型式，另外兩家基本都是頂入式懸臂軸攪拌器。故障率較高的攪拌器主要是頂入式攪拌器，因此，本文主要對(duì)頂入式攪拌器的故障原因進(jìn)行分析，并提出對(duì)策。

精制結(jié)晶器一般有五級(jí)結(jié)晶器，其中前三級(jí)攪拌器故障率最高，很多裝置的這三臺(tái)攪拌器甚至開(kāi)不到一個(gè)檢修周期就出現(xiàn)故障；后面的兩級(jí)攪拌器基本上沒(méi)有問(wèn)題，可以幾個(gè)周期不用檢修。EKATO對(duì)相同工藝的攪拌器的選型基本上是相同的（如圖1），不同的地方一般是根據(jù)不同的產(chǎn)能、不同的攪拌容器直徑，選擇不同的槳葉直徑、不同的轉(zhuǎn)速和不同的攪拌功率。下面是某項(xiàng)目PTA裝置攪拌器參數(shù)（表1）和運(yùn)行條件（表2）：

表2 某PTA裝置精制結(jié)晶器運(yùn)行參數(shù)

圖1總裝圖

表1 某PTA裝置精制結(jié)晶器攪拌器參數(shù)

1 故障的表現(xiàn)形式

近年來(lái)，隨著產(chǎn)能的不斷提高，結(jié)晶器尺寸也不斷加大，結(jié)晶器攪拌器的故障越來(lái)越頻繁，無(wú)論是采用英威達(dá)工藝還是采用中紡院工藝，因?yàn)榻Y(jié)晶器攪拌器都是EKATO獨(dú)家供應(yīng)的，攪拌器選型相同、工作條件類(lèi)似，因此，故障情況也基本一樣，只是損壞的程度、頻次有稍微的不同。出現(xiàn)的故障種類(lèi)如下：

1）因中間支撐失效造成攪拌軸磨損、彎曲、斷裂（見(jiàn)圖2a，圖2b） 中間支撐對(duì)攪拌器的穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的意義。最常見(jiàn)的故障型式是中間支撐的拉桿頭因振動(dòng)、攪拌器受力不均衡造成的彎曲、斷裂，導(dǎo)致軸承座失去平衡，造成軸套和軸瓦加速磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸承座和攪拌軸的嚴(yán)重?fù)p壞。沖擊嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致攪拌軸從法蘭聯(lián)軸器處斷裂（見(jiàn)圖2b）。

2）底部槳葉彎曲變形（見(jiàn)圖2c） 底部二葉的VISCOPORP槳葉變形、連接桿根部斷裂是很多套裝置經(jīng)常遇到的。在中間支撐沒(méi)有失效的情況下，該槳葉的變形往往會(huì)引起軸承座軸套和軸瓦的偏磨，主要原因是葉片變形后，攪拌軸受力失去平衡，造成偏擺。嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成中間支撐的失效、攪拌軸的彎曲，甚至斷裂。而葉片變形的主要原因是大塊結(jié)壁料脫落到罐底，與葉片撞擊造成的。

圖2c槳葉嚴(yán)重變形 圖2d軸承座損壞

圖2a中間支撐損壞、軸嚴(yán)重磨損 圖2b上軸斷裂

2 原因分析

通過(guò)對(duì)各套PTA裝置結(jié)晶器攪拌器失效問(wèn)題的維修跟蹤、分析，我們認(rèn)為造成上述問(wèn)題的主要原因如下：

1）物料閃蒸的影響 物料閃蒸一方面是由于工藝條件決定的：從加氫反應(yīng)器到第一結(jié)晶器、然后次序到第二結(jié)晶器、第三結(jié)晶器和后續(xù)的結(jié)晶器，這三級(jí)結(jié)晶器的工作壓力和工作溫度降低幅度都比較大，這樣不可避免地造成結(jié)晶器內(nèi)物料的閃蒸；另一方面閃蒸作為能量回收的一種手段也是不可取消的。這三級(jí)結(jié)晶器的液位通常都是按照30—50%進(jìn)行控制的，閃蒸造成的后果是液位控制困難，攪拌器工作條件惡化，振動(dòng)加劇。閃蒸嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致液位下降嚴(yán)重，中間支撐的軸承座暴露在氣相空間，失去物料的潤(rùn)滑，導(dǎo)致軸套與軸瓦磨損加劇，而且會(huì)與拉桿振動(dòng)的效應(yīng)疊加，在交變應(yīng)力的作用下，拉桿頭更容易斷裂，從而造成軸承座偏離中心，導(dǎo)致攪拌器失去攪拌功能。

2）結(jié)晶器內(nèi)結(jié)壁料的影響 物料閃蒸時(shí)，物料中PT酸、苯甲酸、TA、PTA等都會(huì)隨著水蒸氣上升，碰到溫度相對(duì)較低的器壁時(shí)就會(huì)在器壁上結(jié)晶。隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，結(jié)晶物越來(lái)越多，形成嚴(yán)重的“結(jié)壁”現(xiàn)象。結(jié)壁料帶來(lái)的危害有兩個(gè)方面：一是造成假液位：通常實(shí)際液位低于測(cè)量液位，結(jié)壁料越厚，液位誤差越大，對(duì)攪拌器葉片的工作狀態(tài)影響也越大。二是結(jié)壁料大塊脫落，墜落到底部，對(duì)攪拌器葉片的撞擊會(huì)導(dǎo)致底部的VISCOPORP槳葉彎曲變形，葉片變形后攪拌器受力失去平衡，加速了中間支撐的損壞。

3）拉桿頭的結(jié)構(gòu)及安裝時(shí)調(diào)整質(zhì)量的影響拉桿頭的調(diào)整對(duì)確保攪拌器跨中軸旋轉(zhuǎn)具有決定性的意義。圖1中所用的三根 3×120°分布的單拉桿結(jié)構(gòu)所用拉桿頭比較多，作為承受交變應(yīng)力比較嚴(yán)重的拉桿頭，是整個(gè)結(jié)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)。圖4a的結(jié)構(gòu)有不合理之處：一是退刀槽削弱了拉桿頭的強(qiáng)度。二是絲桿根部圓角過(guò)渡的R過(guò)小，容易產(chǎn)生較大的集中應(yīng)力，對(duì)交變應(yīng)力的承受能力比較弱，容易在根部彎曲和斷裂。

4）產(chǎn)能增大造成的影響 產(chǎn)能增大帶來(lái)的主要的影響是對(duì)結(jié)晶器流場(chǎng)的影響，具體表現(xiàn)在結(jié)晶器內(nèi)周向和軸向流速的提高。產(chǎn)能從35萬(wàn)噸/年提高到300萬(wàn)噸/年，結(jié)晶器直徑增加并不太大，而進(jìn)料量卻增大好多倍，因此結(jié)晶器內(nèi)的物料流速會(huì)提高很多，這樣對(duì)攪拌器的沖擊力會(huì)提高，惡化了攪拌器的運(yùn)行條件。同時(shí)，一旦結(jié)壁料脫落，對(duì)攪拌器的撞擊能力也提高很多。這一結(jié)論可以從產(chǎn)能提高后故障率大幅提高得到驗(yàn)證。

3 對(duì)策

針對(duì)上述引起攪拌器失效的原因分析，提出如下方案：

1）液位應(yīng)控制在合理區(qū)間 鑒于閃蒸對(duì)攪拌器的運(yùn)行影響很大，液位的控制必須確保中間支撐浸液運(yùn)行，不會(huì)因軸承座失去潤(rùn)滑、上層槳葉露出液面而造成振動(dòng)加?。?/p>

2）降低結(jié)壁料的影響 設(shè)備方面可以通過(guò)以下措施降低結(jié)壁料厚度，降低對(duì)液位測(cè)量的影響：

建國(guó)初期，各地共青團(tuán)在黨領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)展的土地改革、鎮(zhèn)壓反革命、“三反”“五反”等一系列社會(huì)改革運(yùn)動(dòng)中，充分發(fā)揮了先鋒帶頭作用，有力地配合黨政領(lǐng)導(dǎo)推進(jìn)運(yùn)動(dòng)勝利開(kāi)展。社會(huì)主義改造任務(wù)完成后，為響應(yīng)黨的“把我國(guó)建設(shè)成為一個(gè)偉大的社會(huì)主義強(qiáng)國(guó)”的號(hào)召，各級(jí)共青團(tuán)組織繼承和發(fā)揚(yáng)戰(zhàn)爭(zhēng)年代的優(yōu)良傳統(tǒng)，團(tuán)結(jié)帶領(lǐng)廣大青年，始終圍繞黨和政府的中心工作，緊跟形勢(shì)發(fā)展的要求，連續(xù)參加并獨(dú)立開(kāi)展了一系列教育生產(chǎn)活動(dòng)，成為當(dāng)時(shí)黨的工作中不可缺少的重要組成部分，在黨的工作中發(fā)揮了不可替代的重要作用。

a提高璧溫。可考慮結(jié)晶器外壁增加加熱措施：增加外夾套、加熱盤(pán)管、提高保溫效果等，現(xiàn)在所用的保溫材料的保溫性能難以令人滿(mǎn)意，造成器壁溫度過(guò)低，結(jié)壁比較嚴(yán)重。

b提高射源接收器測(cè)量精度。由于射源接收器在結(jié)壁狀態(tài)下對(duì)液位測(cè)量存在較大誤差，對(duì)于在運(yùn)行的裝置，可考慮在射源接收器附近局部設(shè)置加熱盤(pán)管或電伴熱裝置，降低結(jié)壁對(duì)液位測(cè)量信號(hào)的影響，更好地控制液位

3）改進(jìn)拉桿結(jié)構(gòu)

a對(duì)于新建裝置單拉桿改為雙拉桿，提高拉桿抗彎能力（如圖3a、3b、3c）。

圖3a 雙拉桿結(jié)構(gòu)總圖

圖3b雙拉桿中心端結(jié)構(gòu)圖 圖3c雙拉桿器壁端結(jié)構(gòu)圖

b提高拉桿頭的強(qiáng)度和沖擊韌性：將拉桿頭的螺栓加粗、采用強(qiáng)度更高的雙相不銹鋼或哈氏合金鋼，且必須是鍛件。

c改進(jìn)拉桿頭的結(jié)構(gòu)

對(duì)于在運(yùn)行的中間支撐的拉桿頭，將拉桿頭的結(jié)構(gòu)由圖4a，改為圖4b。一方面可以增大絲桿根部的強(qiáng)度，另一方面增大根部圓角的過(guò)渡半徑R，可有效降低應(yīng)力集中，提高拉桿頭抗疲勞能力。

圖4a拉桿頭（原結(jié)構(gòu)） 圖4b拉桿頭（改造后）

4）結(jié)晶器進(jìn)料口改造 因進(jìn)料口的物料流速比較高，對(duì)攪拌器的沖擊比較大，因此，需要在器壁內(nèi)部增加導(dǎo)向彎頭或擋板，將入口流向與攪拌器的旋轉(zhuǎn)方向一致，降低進(jìn)口物料對(duì)攪拌器的沖擊。

5）采用底攪拌形式 采用底攪拌的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)縮短軸長(zhǎng)、取消中間支撐，可以起到減小軸徑、大幅度減少攪拌器的易損件數(shù)量，如軸套、軸瓦、拉桿頭等，明顯降低攪拌器的故障率及維修成本，對(duì)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行有比較大的意義。采用底攪拌的不利之處在于底部密封系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且因?yàn)閴毫蜏囟缺容^高，難以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)更換機(jī)封，一旦機(jī)封出現(xiàn)泄漏就必須裝置停車(chē)更換。當(dāng)然也會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器外形尺寸、設(shè)備支承方式的變化，同時(shí)生產(chǎn)工藝參數(shù)也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

4 結(jié)論

各PTA生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)目前出現(xiàn)的故障采取了相應(yīng)的措施，并取得了比較好的效果。

1）在工藝操作方面，通過(guò)將最低液位控制在比軸承座高300mm以上，并控制閃蒸量在合理區(qū)間，有效低降低了中間支撐的故障率，攪拌軸彎曲、斷裂、磨損的情況大幅度降低。

2）設(shè)備方面，新建PTA裝置的結(jié)晶器在漿料入口都增加了導(dǎo)流彎管，對(duì)在用裝置，重新添加了導(dǎo)流彎管，引導(dǎo)物料沿周向進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，降低了對(duì)攪拌器的沖擊。

3）德國(guó)EKATO對(duì)新建裝置的PTA精制結(jié)晶器的攪拌器，近兩年開(kāi)始采用雙拉桿結(jié)構(gòu)，目前效果還不錯(cuò)。對(duì)于在用裝置按單拉桿設(shè)計(jì)、易損壞的拉桿頭，結(jié)構(gòu)和材質(zhì)改進(jìn)后斷裂現(xiàn)象明顯減少。

4）如何消除結(jié)壁問(wèn)題，各企業(yè)都還處于探討階段；BP工藝采用底攪拌大幅度減少了攪拌器的故障率，但是因?yàn)樯婕肮に嚭驮O(shè)備方方面面的調(diào)整，還有待專(zhuān)利商進(jìn)行改進(jìn)。