摘要：主要介紹了催化劑污水處理裝置中臥式螺旋卸料離心分離機的使用情況及在生產中出現的主要故障,通過監(jiān)測分析和生產能力核算找出這些故障產生的原因,并從3方面介紹幾種故障解決辦法以及改造建議. 　　 關鍵詞：臥螺機;振動;物料堆積;生產能力 1、離心分離機概述 離心分離機是利用轉鼓旋轉產生的離心慣性力來實現懸浮液、乳濁液及其他物料的分離或濃縮的機器.廣泛應用在資源開發(fā)、化工等生產過程以及三廢治理等工業(yè)生產上[1].離心分離機的種類很多,以下主要針對臥式螺旋卸料沉降式離心機（簡稱臥螺機）進行討論.臥螺機是利用離心沉降法來分離懸浮液,可以全速運轉,連續(xù)進料、分離,由螺旋輸送器卸料的離心機.適用于分離粘度大,顆粒細,難過濾的中等及細顆粒,同時固相密度大于液相密度,固相濃度在2～50%之間,顆粒直徑變化比較大的懸浮液. 催化劑污水裝置是處理催化劑生產裝置排出的含白土顆粒、酸、堿、氨等的懸浮液的廢水處理裝置.其主要采用的方法是中和、分級沉降、離心脫水. 臥螺機是污水處理裝置的關鍵設備,它工作的正常與否、處理量的大小、分離效果的好壞直接影響著裝置的處理量和污水排放是否能夠達標.自裝置開工以來,臥螺機運行一直不正常,因振動大、軸承損壞、掉皮帶、不出料等故障多次維修,由于該機結構較為復雜,配件材質多為不銹鋼,修復較困難,檢修周期長,給正常生產帶來很大壓力.頻繁檢修,也大大增加了維修成本,使正常維護工作陷入很被動的局面. 2、故障原因分析 2.1　主要故障現象 （1）振動烈度大.軸承部位最大振值可達到200ｍｍ/ｓ,可明顯看到振動的表現.軸承箱垂直方向振動比水平方向大2～3倍.使用ＣＳＩ2115振動分析儀監(jiān)測,振動主要是由轉鼓和螺旋的不平衡引起的; （2）參與振動的附屬設備多,出料口,皮帶輪護罩,清液出口管線,進料管等均發(fā)生強烈振動.曾多次造成進料管斷裂; （3）拆檢時螺旋軸承一般已損壞.軸承箱骨架密封圈失效,料液進入軸承箱,有大量物料堵塞在其中,潤滑脂基本上已不存在,密封圈與軸接觸的部位磨出凹槽; （4）由于振動較大,主軸承和螺旋軸承易燒毀.轉鼓差速器端短軸曾在運行中發(fā)生突然斷為兩截的事故. 從以上故障現象可以看出,振動是離心機發(fā)生故障最普遍的問題,也是導致大部分部件損壞的直接原因. 2.2　故障原因分析 ＬＷ臥式螺旋卸料沉降離心機結構及工作原理見文獻[2]. 為了弄清振動的原因對離心機進行了多次動平衡校驗,更換轉鼓和螺旋部分所有軸承,對差速器（擺線針輪減速機）進行檢修,并與外轉鼓一同做動平衡校驗.應用先進的ＣＳＩ2115振動分析儀進行跟蹤監(jiān)測,通過監(jiān)測發(fā)現: （1）機器初次進料時運行狀態(tài)較好,振動比較正常,而隨著時間的推移振動會逐漸增大,尤其在出現突然停機現象時,再次開機振動就會突然增大.從ＣＳＩ2115振動分析儀頻譜圖上可以看出這一過程中變化最明顯的是內螺旋的振動值,而外轉鼓的振動值變化不大.因此可以得出結論,整個機器振動增大是內螺旋不平衡急劇增大的結果. （2）機器拆開檢查,發(fā)現螺旋內分離區(qū)堵料嚴重.可以推斷,振動增大是由離心力分離出的固體物料堆積在螺旋內隨螺旋一同旋轉無法排出而破壞了螺旋的動平衡,引起振動增大.這時分離出的物料也無法被推到排出口,機器幾乎失去了生產能力.劇烈的振動直接造成了軸、進料管的斷裂.遂對物料堆積時的分離過程進行初步分析[3]: 由于物料進入機體不遠即從螺旋進料口進入轉鼓開始分離,流體在機內運動距離不長,自沖洗性能差,堆積層會逐漸填滿整個分離區(qū),摩擦阻力使得螺旋和轉鼓之間逐漸減小,最終同步,造成差速器負荷急劇增大,發(fā)熱嚴重,最終損壞; 由于物料堆積,物料流通截面積的減小,進料端整體壓力提高,夾雜大量固體顆粒的料液積留在螺旋軸承附近（正常狀態(tài)下應無料液積留）,會逐漸竄進軸承箱,劇烈的振動使軸承很快損壞,料液會直接從溢流孔噴出[4]; 根據以上分析,引起該機故障的主要因素是物料的堆積,其他故障均由此引起. 3、生產能力核算 為了找到物料堆積的原因,針對這種物料和工況對離心機的生產能力進行了核算. 3.1　最小分離粒徑的確定 根據要求,正常生產時清液的含水量應大于99%,泥餅含固率25%左右,進料口物料實測平均含水率96.46%（質量百分比）.若要達到此結果,按照物料平衡理論計算[5]. 設:固體回收率為1-ｘ,液相回收率為ｙ. 泥餅中的含固率： 由上式計算得知,必須有74.74%（質量百分比）的固體顆粒被分離出來,根據上面的粒度測試結果,則分離最小粒徑約為4.5μｍ. 3.2　物料特性 該機所能達到的最大轉速為3200ｒ/ｍｉｎ. 3.3　生產能力過程計算[6] 生產能力為 （1）理論最大生產能力　按上述計算過程可得到對于現有介質的理論最大生產能力為Ｑ=6.39ｍ3/ｈ.進料泵流量為15ｍ3/ｈ,同時提供2臺離心機的進料.而每臺離心機的進料流量為7.5ｍ3/ｈ,顯然已經超出了該機的生產能力. （2）實際生產能力　實際操作中不會使用最高轉速進行分離,因為離心機分離需使用一個合適的分離因數Ｆｒ: 用以保證分離效果,同時又不會使離心力過大,增大螺旋輸送的阻力,導致輸送效率的降低,甚至造成堵料.根據經驗分離這種物料的分離因數約為1500比較合適,此時轉速為2600ｒ/ｍｉｎ. 根據實際情況計算得到的生產能力為5.34ｍ3/ｈ. 3.4　進料流量超出生產能力的影響 從上面計算可知,進料流量明顯超過生產能力,若遇到檢修,一臺泵供一臺離心機進料時,則進料量將超出近2倍. 由沉降式離心機生產能力理論可知,當粒子在轉鼓內的停留時間ｔ2大于等于固相粒子從液面Ｒ0沉降到轉鼓壁Ｒ處所需時間ｔ1時,即可得出上面的生產能力計算公式.這時, 由上式,當其他條件不變時,流量增大,相應的所能分離的粒子最大直徑也相應增大.當流量為7.5ｍ3/ｈ時,轉速不變仍為2600ｒ/ｍｉｎ時,所能分離的粒子最大直徑為5.33ｍ.根據粒度分析結果可知,此時的固體回收率為70%. 這時進行物料平衡計算.當進料流量大于生產能力與實際進料流量相同時（7.5ｍ3/ｈ）分離出的干固體質量為190.04ｋｇ/ｈ;當進料流量與生產能力相當為5.34ｍ3/ｈ時,分離出的干固體質量為144.97ｋｇ/ｈ. 由此可知,由于進料流量的增大,相對在該轉速下的生產能力而言,每小時多分離出的干固體質量為45.1ｋｇ. 轉鼓在一定轉速下時,螺旋與轉鼓的差速固定,螺旋推料扭矩完全由皮帶輪通過差速器傳遞,其輸送能力無法提高,沉渣無法及時輸送排出,就造成了逐漸嚴重的積料現象,隨著積料過程的發(fā)展,螺旋推料扭矩增大,皮帶開始打滑,差速逐漸降低,螺旋輸送能力進一步降低,形成惡性循環(huán),直到差速為0,皮帶嚴重磨損甚至斷裂而完全失去生產能力[7]. 　　 4　解決途徑及改進方法 通過以上分析,要避免該機發(fā)生的各種故障,關鍵在于解決物料的堆堵問題,也就是解決生產能力與進料流量之間相匹配的問題.可以通過幾種途徑解決[8,9]. 4.1　提高生產能力 （1）提高入口介質溫度,降低液相粘度,可以提高顆粒的質量沉降速度ｖｇ,就可提高生產能力; （2）通過計算發(fā)現,適當增大溢流半徑,降低液層深度,可以少量提高生產能力.而且可以減少沉渣層厚度,減少螺旋阻力. 4.2　降低入口流量這是解決這一問題的根本途徑,通過增加變頻調速或增加回流旁路調整入口流量,使得入口流量等于或小于生產能力則可徹底解決這個問題. 4.3　提高螺旋能力 （1）更換皮帶輪,增大差速,使得多沉降下來的沉渣能被及時輸送出去,相當于提高了生產能力; （2）通過傳動部分的設計,提高螺旋扭矩,可以提高螺旋抗堵能力,提高其輸送能力,目前離心機的設計中十分注重這一扭矩的選取,類似機型的扭矩選取到6000Ｎｍ左右; （3）在轉鼓內壁增加軸向筋條,通過筋條之間填充的物料增大周向摩擦力,提高螺旋輸送效率,又保護了轉鼓內壁不被磨損. 結合上述方法,如果螺旋差速可以自動根據扭矩的增大而增大,同時進料流量減小或切斷,甚至轉鼓轉速也適當降低,則可基本消除堵料的可能.目前新型的離心分離機都采用了這樣方式進行控制,可實現差速隨扭矩變化,進料量可控,并且有自動清堵及沖洗程序,基本消除了因堵料或意外停機造成的振動超標無法開機的現象. 5　結論 通過對催化劑離心分離機故障現象分析和初步判斷后對生產能力進行核算,找出了故障產生的根源.并提出切實可行的解決方案,實踐證明,通過幾種方案對離心機進行改造后,大大減少了故障停機時間和檢修時間,效果明顯,對連續(xù)生產的工藝過程特別是環(huán)保方面的污水處理裝置具有顯著的經濟效益和社會效益. 　　 參考文獻: [1]　張涵主.化工機器[Ｍ].北京:化學工業(yè)出版社,2005. [2]　金鼎五.化學工程手冊-液固分離[Ｍ].北京:化學工業(yè)出版社,2000. [3]　陳敏恒,叢德滋,方圖南.化工原理上冊[Ｍ].北京:化學工業(yè)出版社,1985. [4]　李力峰,王進澤.沉降式離心機振動原因分析[Ｊ].煉油與化工,2003,14（4）:44. [5]　畢秦嶺.螺旋沉降離心機扭矩高的原因分析及改進[Ｊ].石化技術與應用,2001,19（4）:35 37. [6]　孫啟才,金鼎五.離心機原理結構與設計計算[Ｍ].北京:機械工業(yè)出版社,1987. [7]　陳蘊娉.臥式螺旋沉降離心機的螺旋輸送器[Ｊ].化工設備技術,1994,15（2）:20 26. [8]　鄭榮惠.沉降式離心機振動故障與對策[Ｊ].機械工程學報,1994,30（1）:94 100. [9]　楊軍虎,張學靜.離心泵葉輪與導葉的三維實體造型研究[Ｊ].甘肅科學學報,2004,16（3）:102 105.