对磷酸生产装置中萃取槽搅拌桨运行故障原因及对策探讨

刘进乾

摘 要：文章重点对湿法磷酸生产中萃取槽搅拌桨的运行故障出现原因及其处理措施进行了探讨分析。

关键词：复肥厂；搅拌桨；萃取槽；原因；处理措施

1 引言

某复肥厂30kt/a湿法磷酸I装置(P2O5计，下同)中萃取槽采用传统的多桨同心圆截面单槽，规格为φ12000mmφ3900mm、H=4550mm，共配置8台搅拌器，均为开启折叶涡轮式搅拌桨，其中1台安装在中心筒，另外7台安装在环形室。搅拌桨直径1300mm，转速63r/min。桨叶共分为3层，其中2层搅拌桨叶为折叶型，1层除沫桨叶为平直叶型。除沫桨叶位于上层，投运后拆除长期未用，故实际只有2层桨叶。单台搅拌器的电动机功率为43kW，电动机转速980r/min。

自开车以来，萃取槽搅拌桨频繁出现故障，尽管采取了一系列技改和防范措施，但由于萃取磷酸生产能力翻了一番，搅拌桨的故障率一直居高不下。其运行故障主要表现在搅拌桨脱落和断裂、桨叶脱落和断裂等，对湿法磷酸生产影响较大。搅拌桨脱落或断裂之后，在萃取槽相应的区域会淤积大量石膏而形成隔挡，妨碍槽内萃取料浆正常循环，又减少了萃取槽的有效容积，最终导致二水石膏结晶变差，过滤效果不佳，生产能力下降。搅拌桨叶脱落或断裂之后，对湿法磷酸生产的影响相对较小，即使判断出个别桨叶出现故障，也只是监护运行，通常安排在每年一度的大检修时集中处理。

搅拌桨出现故障是难免的，主要原因一是萃取槽搅拌器的运转率相对较高，较湿法磷酸装置的开车率平均高14%～20%；二是萃取槽内物料属于酸性介质，逸出的气体也属酸性，腐蚀性较强，故所使用的金属材料会遭受不同程度的腐蚀；三是槽内物料均处于湍流循环状态，且其中含有大量的石膏晶体和未分解的颗粒状磷矿，它对耐酸不锈钢所产生的腐蚀也不容忽视。

2 搅拌桨脱落

2.1 原因分析

搅拌桨长度为3922mm，搅拌轴采用材质为0Cr18Ni12Mo2Ti的耐酸不锈钢热挤压管(φ159mm×15mm)，现为316L。其轴头材质为普通碳钢，与耐酸不锈钢焊接而成。搅拌桨和减速机之间用碳钢联轴器联接，联轴器所用碳钢螺栓为M24(长130mm)。轴头和联轴器用平键、M140×2圆螺母和圆螺母用止退垫圈联接、坚固。

2002～2008年，曾出现3次搅拌轴脱落而坠入萃取槽的现象。脱落的位置集中在搅拌桨轴头、联轴器和减速机轴头处，具体原因如下：

（1）2个轴头、联轴器及其螺柱和锁紧螺母材质均为碳钢，受到萃取槽内酸性介质的腐蚀。

(2)飞溅起的磷酸料浆是主要的腐蚀介质，其中包括PO3-4、SO2-4、SiF2-6、F-、Cl-等，均具有较强的腐蚀性。

(3)逸出的气体SiF4、HF等，同样会腐蚀金属材料。

(4)止退垫圈损坏，引起锁紧螺母松动、脱扣。

(5)安装搅拌器时存在隐患，例如轴的直线度、垂直度、外伸悬臂段直线度、轴端部摆动量等不达标，造成搅拌桨摆动大，扭断联接螺栓。

(6)启动搅拌器时未严格执行操作规程，盘车不到位。

2.2 处理措施

2.2.1 打捞搅拌桨

(1)打捞时，一般将萃取槽液位控制在最低(中心筒8区料浆溢流口高度为3700mm，环形室的最低液位不低于3700mm)，保持最小负荷运行。

(2)拆除搅拌器配套的电动机、减速机及其固定支座。

(3)先用钢管探明脱落的搅拌桨具体位置，再用高压空气将其周围淤积的石膏吹开、吹散，并设法用钢丝绳将其捆绑住，最后用吊车将其缓缓吊起。作业过程难度较大，安全措施必须到位。

(4)检查搅拌桨的故障部位，确定能否继续使用。

2.2.2 安装备用搅拌桨

通常，打捞上来的搅拌桨均存在一些缺陷，需修复后使用。为了维持正常生产，应立即安装备用的搅拌桨，具体安装步骤如下：

(1)用吊车将备用搅拌桨吊入萃取槽内，靠槽壁竖立起来，防止被流动的物料冲倒。

(2)找平、安装好支座后，用高压空气吹走桨叶周围的石膏，缓慢吊起搅拌桨，架在支座的两根枕木上。

(3)装配轴头和联轴器之间的键、圆螺母、止退垫圈，联接搅拌桨和减速机之间的联轴器。

(4)对搅拌桨和减速机的轴头以及联轴器进行防腐处理。

(5)待固化后，移走枕木，找平、固定减速机和搅拌桨，安装电动机。

2.2.3 开启搅拌桨

要求在预启动前用高压空气鼓泡和搅拌，并用杠杆带动电动机风叶连续盘车30min，确认无障碍后启动，并观察搅拌器的运行电流值是否在正常范围内。

2.2.4 修复搅拌桨

按正常程序修复换下来的搅拌桨，作为备用。

2.3 防范措施

(1)将轴头上的螺纹高度由20mm增加至40mm，使用2个圆螺母锁紧。

(2)安装时应拧紧锁母，加好止退垫，紧固好联轴器上的螺拴。

(3)对搅拌轴整体进行防腐处理，包裹玻璃钢防腐层。

(4)根据该厂经验，可适当缩小搅拌桨叶的直径(由φ1300mm减至φ1180mm)或适当缩短搅拌轴的长度(由3922mm减至3622mm)，以降低搅拌轴及其联轴器所受到的扭矩和剪切力。

(5)搅拌器安装应遵守《机械设备安装工程施工与验收规范》。搅拌轴和减速机就位后，轴的直线度允差小于0.05mm/m，外伸悬臂段直线度允差小于0.15mm/m；轴必须与水平面垂直，允差小于0.05mm/m；轴端窜动量小于0.4mm，轴端部摆动量小于0.55mm。

(6)启动搅拌桨前必须盘车，并保持轻松盘动；严禁搅拌器空运行，必须在液体浸没最下层桨叶后试运行；搅拌轴的旋转方向与标识相符，严禁反转。

3 搅拌轴断裂

近几年来，萃取槽2～4区频繁出现搅拌轴断裂故障，而其他区的故障率相对较低。搅拌轴断裂的部位集中在：一是搅拌轴上耐酸不锈钢热挤压管和轴头的焊接处，二是桨叶轮毂在搅拌轴上的焊缝处，三是2层桨叶之间轴中部。

3.1 原因分析

(1)萃取槽内磷酸料浆中SO2-4浓度高、腐蚀性强，是造成搅拌轴断裂的主要原因。经监测，萃取槽8个区中酸性介质的成分基本稳定，唯有SO2-4浓度不尽相同：2～4区为加硫酸区和主反应区，SO2-4的质量浓度为40～45g/L，酸性最强；5～7区为结晶成长区，SO2-4的质量浓度为35～40g/L；中心筒8区为二水石膏结晶成熟区，SO2-4质量浓度为30～35g/L；1区为投矿区，SO2-4质量浓度为15～25g/L，酸性最弱。

(2)萃取槽的结构容易造成2～7区搅拌轴断裂。为了保证槽内磷酸料浆处于良好的循环状态，设置2～7区的物料上翻，其搅拌桨所承受的搅拌负荷大，运行电流最高，达到40～42A；1区搅拌桨设置下压物料，搅拌负荷小，运行电流为35～37A。

(3)2～7区搅拌桨遭受物流的剪切力大，搅拌轴的损坏率高。磷酸料浆在萃取槽内湍流循环，循环量为400～600m3/h；萃取槽增加低位闪蒸冷却系统之后，物料循环量高达2500～3000m3/h。而1区搅拌桨置于环形室隔墙之后，减小了物流的剪切力；8区搅拌桨的运行状态既不同于2～7区，也有异于1区，该区物流仅在中心筒内循环，又不受到强大物流的剪切作用，因此运行负荷最小，故障率最低，运行电流仅30～32A。

3.2 处理措施

搅拌轴断裂和搅拌轴脱落的处理措施大同小异，区别在于：

（1)无论搅拌轴从何处断裂，坠落在萃取槽内的搅拌桨长度变短，故打捞时更困难。

（2）如果打捞难度太大，偶尔也停车清理萃取槽后予以处理，这样所花费的时间长，工作量大，造成的损失大。

（3）视搅拌轴断裂面的情况，确认有无修复的必要。当从焊缝处断裂时，断裂面比较齐整，可予以修复；当从轴中部因腐蚀造成断裂时，断裂面参差不齐，轴表面有腐蚀凹点，故无必要修复。

（4）修复时，先用水冲洗断裂面，再用角磨机打磨，还必须用5%的NaHCO3溶液中和处理，最后进行焊接。

3.3 防范措施

（1）严格执行企业用矿标准，严把进厂磷矿质量关，严控矿中的w(Cl-)≤0.05%。对超标的磷矿应配矿生产，确保达标。

（2）加入萃取槽的硫酸由1点改为多点加入后，2～5区4个点应均量加入，以平衡萃取槽各区的SO2-4质量浓度。关键是控制好各点阀门的开度，防止前点量大、后点无量。

四、结束语

综上所述：磷酸装置生产能力不断攀高，产量实现了翻番，在工艺操作、设备维护保养方面积累了丰富的经验，小改小革也收到了较好的效果，萃取槽搅拌桨的故障率显著下降，但搅拌轴和叶片脱落、断裂的现象从未杜绝过。因而，该厂拟对萃取槽及其搅拌器进行改造，采用单槽单桨工艺，改变搅拌桨型式，选用变截面搅拌桨，以实现长周期运行。