气提釜搅拌轴桨叶断裂及轴端磨损的原因分析

彭艳玲，穆晓东，丁激文

（1.大庆石化工程有限公司，黑龙江大庆163714；2.大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）

气提釜搅拌轴桨叶断裂及轴端磨损的原因分析

彭艳玲1，穆晓东1，丁激文2

（1.大庆石化工程有限公司，黑龙江大庆163714；2.大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）

气提釜是顺丁橡胶装置的重要生产设备，在生产运行中该设备的搅拌轴桨叶易发生断裂且轴端磨损严重。文中分析了该类故障的产生原因，并对桨叶强度进行了校核，实施了增大桨叶厚度等技术措施，防止了桨叶断裂及轴端磨损故障的发生。

搅拌轴；桨叶；轴端；断裂；磨损

某顺丁橡胶装置每年操作时间为8 000 h，装置中的搅拌器为该装置的关键设备，搅拌器转速为120 r/min，电机功率为90 kW。喷胶泵将胶液送入搅拌器，与后处理单元来的热水混合后进入预凝聚器，经过进料静态混合器和带混合单元的喷嘴后，由气提釜的下部喷入釜内，同时一部分未经加热的热水由上部进入气提釜的喷淋管喷淋，以减少汽提气夹带的胶屑量。气提釜内有3层搅拌浆，胶液借助热水、蒸汽和搅拌的作用使橡胶与溶剂及丁二烯分离，成为悬浮胶粒分散于釜内热水中［1］。

1 故障现象

2015年1 月，气提釜开始陆续出现2种故障，即搅拌器的中层搅拌桨叶螺栓孔处连续断裂；减速器上下轴承连续出现严重磨损问题。6台气提釜均有不同程度的情况，给生产的平稳运行及装置安全生产带来严重隐患。故障统计见表1，2；中层桨叶断裂形态见图1；减速器轴承轴端磨损情况见图2。

表1 中层桨叶断裂情况

表2 减速器轴承轴端磨损情况

图1 中层桨叶断裂

图2 减速器轴承轴端磨损

2 桨叶断裂及轴端磨损原因分析

（1）由于减速器轴承连续出现严重磨损，现场分析可能是由于搅拌轴不垂直造成的。经过现场测量，排除了搅拌轴不垂直可能。或是由于安装过程中不均匀的敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象。装电机盖时不均匀的敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈。但无论跑内圈还是外圈均会引起轴承运行温度急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但经过DCS监测记录的记载，并未出现温度急剧升高现象。现场检查也未出现轴承弯曲，故排除该种可能［2］。

（2）与搅拌器厂家沟通，搅拌器厂家认为可能是由于润滑油质量不合格，有微小刚性物质未彻底清理干净，或者不同型号的油脂混用造成减速器轴承连续出现严重磨损，经过长达半年的连续分析化验取样，润滑油质量均合格，且从未使用其它牌号的润滑油，故排除该种可能。

（3）气提釜内介质的胶粒过大，凝聚效果不好而形成沱釜，形成胶团。导致桨叶切割困难，胶粒强度不能满足要求造成桨叶断裂。经过现场操作人员确认，并未出现沱釜等类似情况，故排除该种可能。

（4）经过仔细对比发现，减速器轴承上下端连续出现严重磨损与搅拌器的中层搅拌桨叶连续断裂问题交替出现，既出现搅拌器中层桨叶断裂的就不会出现轴端磨损。因此判断减速器轴承连续出现严重磨损与搅拌器的中层搅拌桨叶连续断裂问题，应是同一原因造成的。经过现场仔细检查，发现中层桨叶断裂位置均为螺栓孔附近位置，且断口表面无明显的塑性变形迹象，断口表面较为平直，呈现脆性断裂的特征。采用10倍放大镜仔细观察，整个断口平滑、光滑。初步判定可能是由于桨叶强度不足而造成的断裂，故对其强度进行校核［3～10］。

3 桨叶的强度校核

（1）设备概况

设计压力0.42 MPa，温度130℃。设备直径DN=3 000 mm，高H=7 500 mm。中层桨叶直径D= 1 380 mm。中间层搅拌桨桨叶型式为改进型的推进桨（推进桨+斜叶浆式），机械密封为双端面机械密封；桨叶倾斜角度为20°，桨叶型式对流体作功时的危险断面在桨叶根部。桨叶材质为S30804（0Cr18Ni9）。

（2）桨叶强度校核

所选用的电机功率Pn=90 kW；每层搅拌器的设计功率Pq［11］：

式中 Pn—电机功率，kW；Pq—每层搅拌器的设计功率，kW；Pm—轴封处摩擦损耗功率，kW；PJ—轴封处摩擦损耗功率，kW；η1—传动装置效率，取0.95，kW；ZJ—搅拌器的桨叶数；d0—设计最终确定的密封部位实心轴轴径，mm；Z—轴上相同搅拌器的层数，取2。

搅拌器桨叶材料（S30408）的弯曲许用应力［12］：

式中 nb—安全系数，取3.5；σtb—桨叶材料在设计温度下的抗拉强度，取520 MPa。

断面所受的弯矩［13］：

式中n—搅拌器转速，r/min。

对于无加强筋的桨叶的抗弯截面模数：

式中 h—桨叶宽度，取270 mm；ZB—断面上的螺栓数，取4个；db—螺栓孔直径，取20 mm；δe—桨叶有效厚度；mm（查搅拌器图纸得桨叶有效厚度为14 mm。)

断面上的弯曲应力应满足：

所以强度不满足要求。

4 改进措施

该气提釜中层桨叶的断裂是由于应力不满足强度要求，致使桨叶根部靠近螺栓孔部位断裂。可以通过增加桨叶厚度或加单侧加强筋来加强强度，使其应力校核满足要求。轴端磨损是由于桨叶强度不足，桨叶发生变形，迫使轴端变形，造成轴端上下轴承的磨损。

现将桨叶厚度δe由原来厚度的14 mm增加到20 mm，进行校核计算［14］：

断面上的弯曲应力应满足：

所以满足应力校核要求。

5 结束语

经过分析桨叶断裂和轴承的磨损原因和对桨叶强度进行校核，找到了设备出现故障的原因。更换气提釜搅拌器中层桨叶，将其厚度由14 mm增加至20 mm，经过3个月实际运行，现场再未出现桨叶断裂和轴承轴端磨损状况。

［1］王凯，虞军.化工设备设计全书搅拌设备［M］.北京：化学工业出版社，2003：45-49.

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［14］王殿波.丁苯橡胶装置聚合釜机械密封失效分析［D］.上海：华东理工大学，2007.

Analysis of cause for stirring shaft blade fracture and shaft end wear of stripper

Peng Yanling1，Mu Xiaodong1，Ding Jiwen2
（1.Daqing Petrochemical Engineering Co.Ltd.，Daqing 163714，China；2.Oil Refinery of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

Stripper is the important production equipment of cis-1,4-polybutadiene rubber plant,the stirring shaft blades of this equipment are prone to fracture and its shaft end is prone to severe wear.This paper analyzed the cause for this kind of faults,and made checking to the blade strength,implemented technical measures such as enlargement of the blade thickness,and prevented the occurrence of blade fracture and shaft end wear faults.

stirring shaft;blade;shaft end;fracture;wear

TQ330.4

B

1671-4962（2017）01-0041-03

2016-11-15

彭艳玲，女，工程师，2006年毕业于西南石油大学过程装备与控制工程专业，现从事压力容器设计工作。