降低膨胀烘干机故障率及改造应用.pdf

2023No9(上)设备管理与维修113技术与改造降低膨胀烘干机故障率及改造应用赵新，李世财，王立峰，肖光宇，邓联新（中国石油独山子石化分公司设备检修公司，新疆独山子833699)摘要：根据统计,2 0 1 6 一2 0 2 1 年膨胀烘干机在5年内停机检修达4 3 次，严重影响装置的正常生产，其中螺杆断裂、螺套及衬套磨损、剪切螺钉外泄3 种故障占到7 5%。分析这3 种故障产生的原因，并对设备进行改造应用，以解决生产瓶颈问题，保证设备安全、稳定运行。关键词：膨胀烘干机；断裂；磨损；泄漏；运行周期中图分类号：TE965文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.09.45引言膨胀烘干机是某装置后处理生产橡胶产品的关键设备，胶料通过挤压、剪切、摩擦沿轴向输送推进，直到从模板挤出，以达到使胶料进一步膨胀干燥的目的，这对橡胶产品的质量有着重要作用。膨胀烘干机的频发故障制约着产品的正常生产，给公司造成极大的经济损失。膨胀烘干机的结构及工作原理膨胀烘干机主要由主电机、液力耦合器、减速箱、螺杆轴、螺套、筒体等组成，螺杆轴右端插人减速箱的传动轴套内，左端由2 4 节螺套用键连接套装在轴上。长4.0 m、重1.0 t的螺杆在筒体内呈悬臂状态，各段螺距不同，螺距由低压侧向高压侧逐渐缩小到，利用螺距缩小制造压力，增加摩擦生热，以达到将胶料内水分挤出，提高烘干能力的目的。沿筒体每隔一段距离的四周，由外向内壁伸出4 个凸起的剪切螺钉，共2 2 圈，与螺套的插槽相对应，其作用是剪切螺杆上的胶料，使胶料不随螺杆同轴转动，促使其沿轴向受挤压而向前推进。螺杆头为有利于螺杆主轴调心定位的圆锥形结构。脱水机工作时输出的胶料，通过膨胀式烘干机进料斗将胶料源源不断地喂人进料段，再将胶料通过剪切螺钉、旋转螺杆等方式进行剪切，使胶料挤压后沿轴向输送；同时，在筒体夹套内通过热蒸汽加热以软化胶料而利于挤压和干燥，胶料在筒内受到剪切、挤压和摩擦作用，至挤出段胶料压力已升至5 7 MPa，温度达1 0 0 1 7 5，当处于受压状态的胶料从模板喷嘴高速喷出时，由于模板外侧空间突然增大，胶料压力由7 MPa左右骤降至0，使胶条突然膨胀松弛，胶条内所含水分迅速闪气化，从胶料中逸出，将胶料含水率由8%1 2%降至1.5%，以达到膨胀干燥的目的。2膨胀烘干机的故障现象（1)螺杆轴断裂。从所有断轴的情况来看，断轴部位基本上是在螺杆轴直径的变径部位，也是在胶料人口的第一级螺套（图1)。（2)螺套及筒体衬套磨损。螺套和筒体衬套在高压段磨损严重（图2)。（3）剪切螺钉损坏，在高压段剪切螺钉损坏最严重（图3）图1螺杆轴的断裂面图2磨损的螺套及筒体衬套图3剪切螺钉螺纹损坏及端部磨损3故障原因分析设备在运行过程中，通过旋转的螺杆将橡胶从进料段推进到模头，螺杆轴一方面受到螺旋挤压过程中产生的扭转剪切应力，另一方面也受到自重产生的弯曲应力，同时受到介质的腐蚀应力，因此螺杆轴在运行过程中受到的压力较大。另外，在外部负荷变化的作用下，剪切应力产生交变应力，呈周期性变化。在交变应力作用下，螺杆轴极易出现疲劳断裂、缩短使用寿命。3.1工艺原因3.1.1开、停车过于频繁为了开发新产品，设备要经常进行新产品试机试验，由于工2023No9(上)设备管理与维修技术与改造114编辑吴建卿艺操作不成熟，需要不断摸索经验，设备运行不能达到稳定的状态，有时一天开停车数次。另外，为了适应市场需求，需要经常转换不同系列的橡胶产品进行生产，造成开停机频繁。每次开停机使螺杆轴的扭转应力在零和最大值之间变化，螺杆轴承受了巨大的交变应力，对螺杆轴的断裂产生重大影响。3.1.2下料不均当膨胀烘干机正常运转时，应根据进料负荷适当调整转速。凝聚釜到后处理的物料，由于工艺的影响，有时会出现负荷波动过大，严重时甚至会出现断料的现象。螺杆转速不可能在物料负载波动时及时作出相应的调整,因此螺杆轴受交变应力的影响比较频繁，特别是当进人烘干机内的物料较少时，机体内会出现间歇空腔，使螺杆轴无法正常托起，从而引起螺杆与机筒的摩擦，使其寿命大大降低。3.1.3频繁堵料堵料原因主要有两个：由于原来的料斗设计不合理，容易引起加料堵塞；由于烘干机的螺套有不同程度的磨损，使螺杆与筒体之间的间隙增大，导致烘干机吃料不畅，在烘干机进料段发生堵料。物料在进料斗内积存，不再进人机体内，操作人员不能及时发现并立即停机，此时螺杆轴在机体内无物料的情况下继续运行，导致螺杆与筒体摩擦，加剧了螺套与筒体衬套之间的磨损3.1.4模板开孔率不合适开孔率一方面影响产品的挥发分，另一方面对螺杆头部产生背压，使物料包裹螺杆，让螺杆与筒体不发生碰撞。当开孔率不合适时，形成不了足够的背压，就无法托起螺杆，造成螺杆与筒简体碰撞。3.2螺套、筒体衬套耐磨性差膨胀烘干机在高温、高压、腐蚀、冲击大的环境下工作，交变负荷变化频繁，再加上螺杆在机筒内处于悬臂状态，所以在运行过程中难免会出现螺套与机筒衬套接触磨擦的现象。所以在这种复杂多变的环境中工作，选材尤其重要，不能单从某方面考虑，还应从实际出发综合考量。并选择合适的热处理工艺，以达到满足生产实际需要的最佳性能，来保证设备运转的使用周期。3.3设备选型不对膨胀烘干机原设计产能为4 t/h，实际产能为2 t/h；模板前设计压力不大于7 MPa，实际操作模压有时低于4 MPa，使机组在运行过程中不能满负荷运转，橡胶介质不能完全充满整个腔体，螺杆在转动中不能很好的支撑，产生很大的挠度，末端螺套与筒体磨擦，造成筒体内表面及螺套磨损，特别是对螺杆根部产生疲劳应力，最终会导致螺杆断裂、缩短螺杆轴寿命4改进措施4.1稳定凝聚单单元的操作凝聚设备运行正常，生产负荷平稳，确保下料均匀进人膨胀烘干机；聚合单元运行稳定，橡胶门尼值恒定，凝胶含量低，橡胶各项性能指标优良，所以橡胶到后处理单元不会出现堵胶和挂胶现象；使螺杆在交变过程中受到较小的应力。4.2进料斗改造原厂进料斗是以倾斜的方式沿着螺杆的切线进行进料的设计，很容易产生窝料的现象。现在料斗改成圆锥形结构，这一段的压缩比将会增加，进料量也会增加；为增加胶料与料斗的摩擦，提高投料效率，在料斗锥形内壁上加工几条沟槽；同时加大了料斗锥形内壁面粗糙度的要求，使胶料不会产生粘滞感；使物料顺利人筒，不会出现进斗堵料的现象。4.3模板开孔率调整通过调整开孔率来控制产品的挥发分和螺杆头部的背压，来保证螺套与筒体不发生碰撞，生产合格的产品开孔率=模孔面积x100%=N(d100%简体内孔面积其中,N为模孔个数，d为模孔直径,D为筒体内径。根据不同牌号、不同的螺套来设计不同开孔率，以满足生产工艺需求。根据此次改造情况，模板模孔设计了2.5mm（开孔率0.67%）、3.0 m m（开孔率0.9 1%）3.5mm（开孔率1.3 8%）3 种规格。分别采用不同规格模孔进行负荷测试，根据产品挥发份逐步提升工作负荷，当工作负荷达到2.0 t/h，观察产品质量和设备运行情况，来最终确定模孔规格。改造后的模板采用3 1 6 L材料，该材料耐腐蚀性、耐高温性好，同时模板内设有蒸汽夹套，可以对模板进行加热。4.4螺套及筒体衬套的表面处理螺杆在筒体中呈悬臂状态，旋转时如果不能得到很好的支撑就会产生很大挠度，末端螺套与筒体衬套就会产生磨擦，筒体内表面和螺套将严重磨损。为此在末端螺套、筒体衬套上堆焊司太立硬质合金材料，提高耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性，并增加衬套厚度，同时末端螺套采用双头螺套，增强物料的混炼能力，提高螺杆旋转稳定性，延长螺杆使用寿命4.5螺套及筒体尺寸重新设计为了匹配生产实际产能，需要将产能由4 th降低至2 t/h。综合考虑各方面因素，经计算和实际结合，螺套外径由255mm减小至2 2 5mm；底径保持不变；外径减小，吃料空间减小，产量、负荷合理地降低和减少；部分螺套螺距按规律增大；部分螺套长度减小；总长保持不变。螺距增大导致挤压作用减小，减少发热同时产量、负荷合理降低和减少；相应减小与螺套配合锥筒体内孔尺寸和直筒体衬套尺寸，同时改变直筒体上与螺套配合的剪切螺钉孔位置。4.6剪切螺钉改造剪切螺钉形式由螺纹连接改为光孔，设有4 个安装螺钉及两个拆卸螺纹孔，并且端面铣扁，安装拆卸更方便，节省时间。材料选用3 Cr13调质处理，强度高耐腐蚀。另外剪切螺钉采用端面密封，由于紧固密封的螺栓不与介质接触，就不会造成螺纹损坏失效引起泄漏，所以改造后密封效果好。5结束语膨胀烘干机经降能改造后，设备运行正常，满足生产实际负荷，产品质量达标；现已运行一年，没有发生一次设备原因而停机的故障，确保了设备的长周期运行。参考文献【1 吴望周.化工设备断裂失效分析基础 M.南京：东南大学出版社，2 0 0 92蔡耀辉.实用机械手册M.北京：机械工业出版社，1 9 9 83】成大先.机械设计手册 M.北京：化学工业出版社，2 0 0 2