过滤离心机在我厂的应用

2013-10-25孟庆华

纯碱工业 2013年2期

孟庆华

（中国石化集团南化公司连云港碱厂，江苏连云港 222042）

近10年来，过滤式离心机在化工行业的使用越来越广。我厂在轻灰降低水分、重灰降低盐分和湿小苏打脱水中均使用离心机，有推料式也有刮刀式；由于离心机本身结构和生产目的性的不同，在实际操作中有许多区别。过滤离心机在国内的生产制造和使用时间较短，大部分离心机的生产制造停留在模仿和引进国外先进技术阶段，在使用中也存在许多问题。通过我厂多年的使用和摸索，对离心机在实际生产中所出现的故障以及设计上所存在的缺陷进行分析和探讨，希望能够在今后的离心机设计、制造和化工生产中起到借鉴作用。

1 湿重碱脱水的两级推料式离心机

我厂采用离心过滤机为湿重碱脱水，该装置主要设备采用德国克劳斯－马斐公司生产的推料式离心机，它是一种连续作业的过滤式离心机，整体反应为物理反应，将重碱进行固液分离，生产能力每台为36～40t／h。

图1 推料式离心机结构图

1.1 推料式离心机的主要配置

目前我厂共有德国克劳斯－马斐生产的推料式离心机7台，型号SZ1000／2－12／4K10，工艺处理区基本上有过滤篮筐、推料盘、推料篮筐、进料绞龙、布料盘、洗涤装置和固料收集器组成。主电机P＝75 kW，n＝1 500r／min，液压电机P＝45kW，n＝1 500 r／min，螺旋给料机P＝4kW，n＝1 500r／min（变频）。

1.2 试车及指标合格率

该套装置于2004年10月投料试车，在开车72小时考核中，大多数工艺指标、工艺参数在控制范围内，基本达到设计要求，重碱水分、盐分均能满足要求。重碱水分筛分率见表1。

表1 重碱水分分析数据表（%）

出离心机重碱水分≤13%（W%）

出离心机重碱盐分≤0.15%（W%）

固体损失量≤1.3%（W%）

1.3 存在的缺陷及改进

自我厂推料式离心机投产至今，液压系统、工艺处理区均出现严重故障，主要因为该型号离心机在纯碱生产中的使用经验过少，许多设计不合理，无法满足纯碱生产工艺上的需要。自2004年起，我厂花费了4年的时间，对各个缺陷逐一解决并改进，同时不断推进进口备件的国产化，实现了进口离心机最经济、最稳定的运行。

1.3.1 物料处理区

自离心机投用以来，故障发生最多的地方在物料处理区，集中体现在布料盘、篮筐、刮刀几个部位。

由于重碱物料的特殊性，在离心机开车初期，布料盘上M10×30的螺栓在6台离心机上均出现了折断的情况；原设计的布料盘上由M12×80螺栓通过支柱支撑固定在底座上，这个螺栓也出现多次断裂。

针对现场生产的实际需要，对该部分做出以下改动：①将布料盘与底座之间的间隙为15mm调整至20mm，加快物料流动；②支柱与底座联接方式的改进，将原设计的6根方形支柱由M12×80螺栓固定在底座上，改为8根圆形支撑柱焊接在布料盘的底座上；③布料盘固定螺栓的改进，将原设计6根M8×30螺栓改为M10×30，在使用中依然出现螺栓断裂情况，后来增加至双排16根M10×30的螺栓。

内篮筐从根部的断裂造成的后果是非常严重的，更换时间及所花费的费用相对较多，一件篮筐价值40万元。开车不久后，在内篮筐内侧根部集水槽处出现断裂，虽经过焊接、动平衡处理后，依然出现类似情况，后经过离心机生产厂家的改进，将此处集水槽消除，避免应力的产生，至今未出现类似的故障。

物料处理区的内外篮筐以及推料盘上均有刮刀，推料刮刀为圆环状，安装在推料盘和内篮筐上，起到推料作用；外篮筐上有一对拐角刮刀，用于清理篮筐内出来的物料。由于设计上的缺陷，这些刮刀均出现断裂的情况。通过比较和生产需要，将原有的四氟圆环刮刀改进为316L材质，拐角刮刀加厚处理，改变装配方式，改进后各种刮刀使用寿命得到了大大延长。

1.3.2 液压系统

液压系统是离心机的核心部分，用来完成离心机推料和轴承的润滑，主要由供油油泵和活塞两大部分组成。

SZ1000／2离心机供油油泵由双叶片泵构成，连续工作，型号PVV52－1X／193／40，输出油压为7 MPa，产生在推料盘的推力为310kN。两个叶片泵之间用一花键套联接两主轴，主油泵的主轴有轴承，副油泵主轴采用轴套，而且轴套位置在两泵之间。

多年运行后，花键轴和花键套出现磨损；轴套的磨损产生了一定的缝隙，主油泵与副油泵存在的压力差通过缝隙而降低，导致离心机推料油压不足，这种问题不是短时间造成，而是逐步产生的，体现在离心机推力不足。前期已经对花键轴、花键套、联轴器成功国产化，但是对轴套经过多次试验，均没有成功，主要是材质过于复杂，且精度较高。由于国内没有油泵可以达到此推力，所以油泵只能采用进口，一台油泵需要20万元，目前已经更换了3台离心机油泵。

活塞与主轴的定位依靠一个φ8立销，由于活塞材质较软，长时间运行后，立销与活塞配合处容易出现豁口，最终导致故障的出现。前期咨询离心机厂家，建议将轴和活塞同时旋转一定角度后的位置重新加工出立销孔，装配后可正常使用，这种方法只能多利用一次活塞和主轴，造成很大的浪费。后我厂在检修过程中对活塞上油路进行分析，加工油路，在不调整主轴上定位孔的情况下，仅仅调整活塞上的立销定位孔，液压系统同样工作正常。活塞上立销配合位置磨损完后，可对此处进行镶套加工，使得活塞可以重复利用，节约费用每次可达20万元以上。

1.3.3 离心机进出料装置

离心机进料绞龙出现断裂情况主要是该绞龙轴为悬臂式结构，绞龙翅片采用多块拼接外包浆（316L）的方式，表面看起来很厚实，随着绞龙使用中外包浆的磨损变薄，绞龙轴很容易断裂。在后续国产定制的绞龙轴采用的是整板加工，避免了类似情况的出现。

在物料离开离心机外篮筐后，大部分物料依靠外篮筐上的拐角刮刀卸料，拐角刮刀和篮筐的转速相同，导致了物料也具有相同的初速度，呈喷射状下落，落在皮带运输机上时，很容易造成物料飞溅，使得物料浪费严重。后在离心机出口溜管处增加一斜板，当物料打至斜板后，力量可以大大减弱。在后期该型号离心机生产中，已对该部位进行了改动，不采用拐角刮刀卸料，物料呈自由落体状卸料。

进出溜管的磨损是离心机日常维护重点内容，我厂采用高分子聚乙烯复合板制作进出口溜管，同时对进料绞龙内衬壳体也采用同样材料，延长溜管的使用寿命10倍以上。

2 降低重灰盐分的两级推料离心机

2.1 离心机的结构和主要工艺参数

我厂使用的P－120／2型离心机为1999年由江苏省机械设备成套局从瑞士Ferrum公司引进的两级推料式离心机。主要用于低盐重灰生产中降低一水碱中的盐分和水分。

P－120／2型离心机与SZ1000／－12／4K10两级推料离心机在结构上大致相同，主电机P＝132 kW，n＝1 500r／min；液压电机P＝55kW，n＝1480 r／min；螺旋给料机P＝9.2kW，n＝1 450r／min（变频）。油泵为双Sauer－Sundstrand型86P－197／072泵，逆时针旋转，转速容量387L／min，可调推送频率40～66次／min。主要结构如图2。

图2 推料式离心机结构图

分离后主要操作指标：

1）出离心机一水碱游离水分：＜4%

2）出离心机一水碱NaCl含量：0.17%～0.25%（干基）

3）滤液中的固体含量：＜5%

4）固体回收率：＞98%

5）洗车次数：每8h不超过一次

6）洗水用量：≤100L／t（干一水碱）

7）洗水温度：≥75℃

8）离心机油温：50～55℃

2.2 P－120／2离心机与SZ1000离心机的比较

P－120／2离心机与SZ1000离心机的主要设计理念相同，在一些部位还是有所区别，最主要集中在两个位置，一是推送机构，二是液压泵组件。

2.2.1 推送机构

液压推送机构与控制阀组成往复式运动单元，活塞盘和往复运动的必要部件安装在压力缸内，它也是转子的从动皮带轮。

P－120／2离心机的液压活塞部分的润滑油通过皮带轮后部的一个Rotostat的流体静力自对准液体传输密封装置，采用同轴和中心供油方式，对推料机构提供液压油，同时通过换向阀实现了自动往复运动，无需外部推力。而SZ1000离心机在这个部位的结构显得比较简单和巧妙，通过活塞、压力缸（皮带轮）、主轴以及主机轴承箱上的各油路，完成了液压油的输送程序，并且通过了活塞上的换向阀实现了自动往复运行。两者相比较，最大的不同就是P－120／2离心机多了一个Rotostat的流体静力自对准液体传输密封装置。

Rotostat的流体静力自对准液体传输密封装置也叫旋转连通节，被应用于要求高转速、高压力的场合，固定件和旋转件工作时互不接触，只产生黏性的流体摩擦，其产生的泄漏量将被保持在一个很小范围、预先给定的界限之内，固定件和旋转件之间的间隙高度为10至15μm，通过一个逆反间隙控制装置，可保证在所有运转状态下维持间隙大小的恒定，弹性的、与压力相关的变形通过液压补偿被抵消。

2.2.2 液压泵组件

P－120／2离心机的液压泵组件主要由油泵单元、油冷器、回油过滤器、泄压阀、节流阀及油分配器组成；油泵单元由两个旋转凸轮叶片泵组成，并与一个公共的中间箱体之间采用法兰联接，推送机构频率在运行中可调整，频率40～66次／min。

SZ1000离心机的液压泵组件与P－120／2离心机不同之处没有泄压阀、节流阀和油分配器，这三个部件可以更好地调控液压油的分配，特别在设备出现故障或者物料推不动时，P－120／2离心机可以通过自身的油压调控系统，将液压分流，这样可以避免油压过大对其它部件造成损坏或泄漏。这一点设计P－120／2离心机很有优势，考虑充分，实际工作中这种情况确实存在。SZ1000离心机如果出现类似故障后，一般都是物料在篮筐内堆积，最后导致振动值加大、报警，从而造成保护性停车，这种情况很容易造成离心机其他部件的损坏。

2.3 离心机生产低盐重灰中存在的问题

离心机在实际生产中的大部分工艺指标均达到或接近设计值，基本收到了预期的效果，但仍然存在一些问题，突出表现在：①洗水用量不好控制，容易造成盐分波动。②在开离心机的情况下成品重灰粒度差，有时小于70%（0.18～1.18mm）。③滤液Na2CO3含量高，即损失率较高，滤液浓度平均高达140tt。④离心机与流化床不匹配，容易造成流化床死床。

前三个问题通过控制可以解决，但第四个问题很难通过工艺操作控制解决。主要分析如下：流化床属于静态的烘干装置，和传统的纯碱企业使用的烘干设备煅烧炉有很大的区别，它主要依靠流化床的进口的鼓风机和出口的引风机的风力来实现物料在流化床内部的流动。在我厂生产低盐碱过程中，存在物料通过离心机进入流化床后，很容易在蒸汽和冷却循环水的盘管缝隙内结块，流化床运行周期大大缩短，最长仅为15天，且不能满负荷运行，严重影响了系统的长周期稳定运行。如不开离心机，流化床周期一般在半年左右。

对此问题，经观察现场和综合分析后，认为离心机脱水后的物料进入流化床后，物料较脱水前较为密实，且呈团状，由于流化床为静态烘干设备，仅靠风力的作用，处理团状物料有很大的缺陷，导致短时间内床内生成大量碱块，不能保持正常的流化状态，碱块在床内堆积过多时导致死床，而处理死床要一天至两天时间，且浪费大量的物料和人力。碱块多生成在床内加热管组的缝隙内，普通工具无法清理，在处理死床过程中，只能用热的废淡液冲洗床内加热管缝隙中碱块，存在较大的安全隐患，同时经常冲洗对床体造成严重腐蚀。

后期，在离心机出口处增设了破碎机、增加风量、注意各溜管的密封和保温等措施，延长了流化床稳定周期，但没有从根本上解决问题。目前，一般离心机生产低盐重灰时，运行一周左右，便停运行，通过生产普通重灰来不断调节流化床的状况，待好转后再生产低盐重灰。

通过多年运行观察，如果要想使离心机在低盐重灰生产中得以充分发挥作用，建议与煅烧炉相配套，以上问题在我厂轻灰生产工序中没有出现。

3 小苏打生产中的虹吸刮刀式离心机

GKH800－NB虹吸刮刀卸料离心机具有一般过滤离心机的优点，而且利用虹吸原理增加离心过滤的推动力，提高了生产能力，降低了滤饼的含湿量，有很好的节能效果，操作运转平稳，维护方便，耗能低，所获产品品质高，适用小苏打生产工序中湿物料的分离、洗涤、脱水。我厂小苏打装置先后使用3种刮刀式离心机，均为重庆江北机械厂生产，型号分别为GK800、GKH800－N和GKH800－NB，后者为前者的升级产品，其中GKH800－N和GKH800－NB增加了虹吸功能。

3.1 刮刀式离心机的结构和主要参数

GKH800－NB离心机主要由物料处理区、主机驱动装置、液压油站等几部分构成，转子驱动功率75kW，采用的独立油站供油，额定压力5MPa，工作流量Qmax为25L／min。在物料处理区，物料通过布料器分布在篮筐上，在离心力的作用下，物料脱水完成，滤液通过虹吸装置排出，物料被提升的刮刀刮到集料槽内。

3.2 主要存在的问题和处理方法

由于该离心机为上世纪引进国外进口离心机的技术，在油路的密封和刮刀装置部分还存在一定的缺陷，而且油站结构复杂，电磁阀损坏频繁，刮刀刮料时瞬间冲击力较大，生产中依然存在一定的问题。刮刀组件是离心机损坏最多的部件，集中出现在刮刀片损坏、刮刀轴轴承损坏、刮刀油缸密封磨损等问题。液压油站也是故障点之一。

3.2.1 刀片的损坏

刮刀片采用离心机厂家生产的备件，刀片基底为不锈钢，刀口处镶嵌硬质复合材料。在使用过程中，多次出现刀口崩裂、缺口等非正常的损坏，如果使用正常，一把刀可以使用一个月。对于损坏的刮刀片进行了集中分析，认为主要由以下几个原因造成刀口崩裂：①篮筐物料层中有杂质，特别是上道工序检修未清理干净的焊条头、铁渣等异物时，在刮刀提升刮料过程中，当刮刀碰到高速旋转的较硬的异物时，刀口很快崩裂；②离心机的门盖螺栓松动时，由于刮刀组件固定在端盖上，当刮刀处理物料产生巨大冲击力导致端盖和刮刀振动，刀口受力不均匀，也容易导致刀口崩裂；③打开端盖洗车时，由于误操作开启刮刀运行，此时刮刀很容易顶在篮筐的外环板上，导致刀口崩裂；④刮刀轴轴承损坏如同端盖松动一样结果，刀口也容易崩裂。

3.2.2 刮刀轴轴承的损坏

刮刀轴轴承损坏是GKH800－NB刮刀离心机比较突出的问题，也是比较严重的故障。当刮刀轴轴承损坏时，在离心机工作中，高速旋转的转子与刮刀接触的瞬间，巨大冲击力很容易导致刀架断裂，断裂的刀架不仅将篮筐内筛网拉坏，甚至还有可能造成篮筐、料层分布器等其他部件的损坏。对损坏的刮刀轴组件进行解体分析，通过损坏的轴承判断主要有以下几个方面造成：①刮刀组件自身设计的缺陷，在刮刀轴和外套联接密封处，仅用一个“O”型橡胶密封圈密封，当刮刀刮料振动或者长时间使用后，这个橡胶密封圈很难在充满高温小苏打滤液的环境中起到密封作用，而且小苏打滤液中的颗粒很容易结晶，橡胶的老化和刮刀的振动很容易导致轴承上润滑失效，当轴承进入小苏打滤液后，轴承很快就损坏；②离心机刮刀主轴外端盖固定圆螺母的松动也是造成轴承损坏关键点之一，主轴固定在大端盖上，用三个圆螺母紧固，长时间的刮料冲击必将导致圆螺母松动，这时刮刀主轴失去了固定，轴承定位失效，加剧了轴承损坏。③刮刀主轴上有加油孔，需要定期加油，缺油时也会导致轴承因缺油损坏，这一点一般不太注意，因为加油孔在端盖内侧。