淺析三個攪拌器故障的原因和解決方法

杜海燕

（帝斯曼維生素（上海）有限公司，上海 201419）

淺析三個攪拌器故障的原因和解決方法

杜海燕

（帝斯曼維生素（上海）有限公司，上海 201419）

針對帝斯曼維生素（上海）有限公司三臺攪拌器的故障，進行了故障根源分析，綜合工藝設計和操作狀況找出了相應的解決對策。

攪拌器；扭矩；工藝；操作狀態

攪拌操作過程是化工、石油化工、醫藥、食品工業最常見的操作過程之一，其目的是使兩種或兩種以上的介質能達到最大程度的接觸，從而在預定的時間內完成所需要的混合、傳質、傳熱或反應過程，或同時進行上述兩個以上的過程，操作攪拌所涉及的介質可能是液體、氣體和固體，但以液相為主[1]。而完成攪拌過程的主要元件為攪拌器，攪拌器的好壞和攪拌操作的最終效果有著至關重要的聯系。

攪拌器是一種結構簡單的機械設備，由傳動裝置（電動機、變速器、機架和聯軸器）、攪拌軸、攪拌槳葉和軸封裝置組成，這些部件相輔相成，如果一個部件出現問題都會導致整個攪拌運行出現異常，所以攪拌器在工藝上又是一個復雜的設備。如果發生故障，故障的根源卻并不簡單，不僅和機械結構本身有關，還會和工藝設計、生產操作等多方因素相關。本文描述的3個攪拌器的故障就和工藝設計和生產操作有直接聯系。

1 攪拌器的設計和使用工況簡述

本文提到的三個攪拌器，這里以1號、2號和3號進行區分∶1）1號攪拌器

使用工況∶用于兩種固液懸浮液混合反應的攪拌，其中一種固液懸浮液先加入反應釜內，同時攪拌器開始運行，當反應釜內達到設定溫度時，另一種參與反應的固液懸浮液開始加入，隨后化學反應開始。完成一批次的運行需要3～4h，期間反應釜內物料的黏度在周期性的變化，最高時可達到15 000～25 000cP。

設計狀態∶此攪拌器采用三層槳的設計方案，槳葉形式采用INTER.MIG型。因為反應產生有劇毒的氣體，不允許泄漏，軸端采用了帶沖洗的雙機械密封。因為攪拌物料粘度在周期性的變化，所以采用變頻器進行速度調節。攪拌器結構如圖1所示。

2）2號攪拌器

使用工況∶用于中和反應中，保證反應的兩種物料混合的均勻性。按照正常的工藝設計，在整個攪拌運行的過程中，反應釜內物料的狀態為純液相狀態，并且粘度只有1cP。

設計狀態∶根據攪拌的使用工況和反應物料的物性，攪拌的設計采用二層槳的設計方案，槳葉形式仍為 INTER.MIG型，定速設計。同時此反應釜內的物料同樣不能泄漏，所以采用帶壓力沖洗的雙端機械密封。攪拌器的結構如圖1所示。

3）3號攪拌器

使用工況∶用于一種物料的回收反應，在這里，攪拌是保證物料混合均勻和散熱的功效。按照最初的工藝設計，反應釜內的物料狀態為純液相狀態，并且黏度只有0.6cP。

設計狀態∶同2號攪拌器，結構如圖1所示。

圖1 攪拌器結構圖

2 故障描述

1號攪拌器∶葉輪彎曲嚴重，如圖2所示，通過軸跳動測試，初步懷疑軸已經彎曲；機械密封出現密封沖洗液嚴重泄漏現象。

圖2 槳葉

2號攪拌器∶機械密封沖洗液泄漏嚴重，一個新的機封換上去使用不到半個月，就出現泄漏。

3號攪拌器∶從反應釜的視鏡觀察攪拌軸的轉動情況，發現軸在運轉過程中的跳動量很大，從維修部的粗測數據上（如圖3所示）也可以看出軸已經出現了彎曲。另外機械密封也出現嚴重泄漏，同樣一個新的機械密封使用不到半個月就出現泄漏。

3 故障原因分析

從3個攪拌器故障情況的描述可以看出2項共同點∶一是機械密封損壞，導致機封沖洗液泄漏；二是軸或葉輪出現了不同程度的彎曲。那么是否這三臺攪拌器都是同樣的原因損壞的呢？首先我們就要分析機械密封在什么情況下會出現泄漏，軸或葉輪在什么情況會出現彎曲？

通過本公司設備故障狀況的總結，可知機械密封泄漏的原因有以下幾項∶

圖3 重錘檢查數據

密封沖洗系統本身有泄漏導致密封沖洗壓力降低，沖洗液不能及時供到動靜環處致使動靜環出現干磨而碎裂，出現密封液軸端泄漏；

O型密封圈材料和所接觸的工藝物料不兼容，導致O型圈溶解損壞，密封沖洗液軸端泄漏，如果不能及時發現，會導致機封沖洗液不能及時或足量的供到動靜環處，導致動靜環因干磨出現碎裂。

攪拌軸彎曲，導致軸在轉動過程中出現過量的擺動，因為動環和軸是一起轉動的，所以動環的不正常轉動會導致密封面之間的不正常接觸，從而使動靜環產生不同程度的損壞。

攪拌軸或槳葉（最大程度是槳葉）突然受到來自外部的瞬間沖擊，瞬間沖擊能通過軸傳導到最薄弱的密封面處（因為動靜環的材料為易碎的碳化硅-石墨），導致動靜環損壞，密封沖洗液泄漏。

軸或葉輪彎曲的可能原因有以下幾項∶

啟動扭矩過大，導致軸在瞬間扭彎。（通常情況下，電機都有過載保護，但是啟動扭矩變大是瞬間的，而電機的過載保護是需要時間，如果電機過載停掉了，但在停掉之前，軸已經因為瞬間的大扭矩而彎曲）。

運行過程中突然遇到了過大的負載，槳葉為了沖破負載，也是短時間內出現扭矩變大，導致軸或葉輪扭彎。

首先針對3個攪拌都出現的密封泄漏的問題，首先檢查密封系統的所有連接點，沒有發現漏點，并且確認過在出現泄漏之前沒有出現過低液位和壓力過低報警，所有的證據證明密封系統本身不存在泄漏。接著再次確認了O型密封圈的材料，材料和工藝物料可以很好的兼容，并且從壞掉的機封內拆下的O型圈也是完好的，沒有出現任何腐蝕的狀況，從而也否定了O型圈材料選擇錯誤的說法。那么就只能從后兩項中找原因了，這兩項和工藝及操作都有關系，下面就逐一分析其工藝設計或操作過程。

1號攪拌器∶

此臺攪拌器的故障顯示葉輪已經彎曲，初步懷疑軸也彎曲。那么首先我們先來分析為什么葉輪和軸會彎曲？根據本文第二部分描述的使用狀態，后一種懸浮液為五氧化二磷懸浮液，其固液比為1∶1。因為最初輸送泵的選型錯誤導致輸送泵一直不能使用而改用真空轉料，真空轉料的弊端就是均勻性不好，有可能瞬間一股物料進入反應釜，又因為物料中的固體含量比較高，物料瞬間會形成一個小山，而攪拌槳在沖破物料山時，負載瞬間上升，扭矩變大，也就滿足了軸或葉輪彎曲的第二個原因。為了驗證這一方法，我們監控了電流的變化，發現大多數電流是維持在定值，但是有些時候電流會有比較小的上升，但是我們發現了幾次電流急劇上升，幾乎快要超載，如圖5所示。從而可以證明我們判斷的正確。繼而可推機械密封泄漏的主要原因是軸彎導致動靜環碎裂而泄漏。

圖4 負載電流

2號攪拌器∶

經過幾批料的現場觀察，發現在攪拌運行過程中有大量的固體出現，固體尺寸不大，但是密集度比較大，當攪拌運行時，固體隨著釜內的液體翻轉，類似于水中的沙粒。又通過運行時攪拌軸的運行狀態初步確定攪拌軸沒有出現彎曲的癥狀，所以我們可以判斷出是固體的瞬間沖擊攪拌槳葉，瞬間的沖擊能通過槳葉、軸傳導到整套攪拌系統最薄弱的環節—機械密封動靜環處（材料是石墨和碳化硅），導致動靜環碎裂而導致機械密封泄漏。

3號攪拌器∶

通過操作觀察，發現在每批料放光之后，在釜底都有一層比較厚的十分黏稠的物料出現，取樣后測試得知為含有某種副產品的混合物，并且測試得知這種物料的黏度在25 000cP以上，這就完全超出了當初攪拌設計的幾CP的要求，并且此臺攪拌底層槳葉距釜底的距離只有100mm，當底層槳葉陷入或埋入高黏物料內，當再一次啟動攪拌時會導致攪拌器也超載而瞬間扭距過大打彎軸或槳葉。通過軸端的軸跳動檢測和攪拌軸的運轉情況可以確定軸已經彎曲，繼而可以判斷是軸彎帶動了機械密封的損壞而泄漏。

4 問題解決

原因已經找到，該如何解決這些問題呢？3個攪拌器的設計和使用工況均不相同，所以解決問題的方式是不同的，現在就按照每臺的實際情況來解決問題。

1號攪拌器∶為了避免之前描述的料山超載的情況，現在有短期和長期兩種解決方式∶

短期方案∶因為短期內仍然要使用真空轉料，不可避免的可能會再次出現過大的料山狀態導致攪拌過載，所以為了避免在這種情況下攪拌過載，將攪拌器的轉速調低，慢速打破料山避免過載發生。但這只是一個應急的短期方案，仍然有一定的風險發生，對生產來說一勞永逸的方案應該是徹底規避掉這個風險。所以長期方案就是尋找合適的轉料泵，讓五氧化二磷懸浮液均勻的輸送到反應釜內，但是為了規避超載的可能性，仍然在轉料時使用低速。

2號攪拌器∶針對外部瞬間沖擊這個原因，攪拌器本身沒有任何有效的措施去規避，所以只能從工藝操作上找出根源以去除固體顆粒的出現。之后工藝和化學師通過取樣分析，確定此固體是因為某種原料的加料速率過大導致的，調整了加料速率，經過幾批反應的實驗，固體顆粒消失。

3號攪拌器∶根據原因分析可知這個確實屬于最初設計時工藝條件描述錯誤，為了滿足目前的操作使用需求，決定改進攪拌的設計，以滿足其高黏啟動的需要，基本的改進措施為改進槳葉形式、加粗攪拌軸并且改成變頻控制，使其在高黏狀態下低速啟動。

5 小結

通過本公司三個攪拌器故障的分析和解決，可知攪拌器故障的發生和工藝設計、操作狀況有緊密的聯系，如果出現了故障，就應該綜合工藝設計和操作過程來找出故障的根源，繼而找到最終的解決辦法。

Analysis on the Cause and Solution of Three Mixer Faults

Du Hai-yan

In view of the failure of the three agitators of the Company，the root causes of the fault analysis，the comprehensive process design and operation status to find out the corresponding countermeasures.

stirrer；torque；process；operating state

TQ051.72

B

1003-6490（2017）02-0063-02

2017-01-15

杜海燕（1977—），女，河北隆化人，工程師，主要從事機械方面的工作。