摘要：针对润滑油生产装置蜡罐搅拌装置和蜡泵前过滤器存在的缺陷，进行改造。采用三窄叶旋桨式与翻齿形圆盘涡轮式搅拌器组合结构，形成推进与破碎的环型流态，增强蜡液溶解度；采用旁人式简支方式的支承结构，以提高罐内搅拌轴的刚性和承载能力；对搅拌轴临界转速进行核算；以筛板过滤粗大的固体颗粒，使用永久性磁铁进行铁颗粒的吸附，用压力传感器实现智能控制加热排除堵塞。
关键词：酮苯脱蜡 蜡泵 搅拌器 传感器
国内重质润滑油生产的酮苯脱蜡装置蜡罐内搅拌装置为框式结构旁人悬臂式，过滤器为套管式。操作温度较低(21～23℃)，框式搅拌桨有良好的搅拌作用，但对块状石蜡破碎效果差，旁人悬臂式搅拌轴受力不平衡。由于搅拌非均态的甲苯丁酮石蜡溶液，常带有固体蜡块，对搅拌轴产生较大冲击，造成搅拌轴振动，引起轴端密封破坏。因框式搅拌桨对块状石蜡破碎效果差，块状石蜡在罐内未能完全溶解，流到下游加重了蜡泵进口过滤器的运作负荷，经常造成阻塞。而且没有办法将一些细小的金属颗粒过滤掉，以至于将这些细小的金属颗粒带到下游的蜡泵，从而引起螺杆泵的磨损乃至破坏。因此有必要改造泵前过滤系统。本文提出能保证蜡泵安全长周期运行的搅拌装置和智能型过滤器的主体结构。
1 方案与构想
根据搅拌器的作用与种类，结合酮苯蜡罐蜡液搅拌的特点，加入丁酮、甲苯溶剂的蜡液运动粘度非常小，一般为2～4mm2／s；实际生产中经常有蜡块，由于操作温度较低(一般为一21 cC)，为了保证大的蜡块能充分破碎，蜡能充分溶解，需要设计新的混合型搅拌器。涡轮型搅拌器主要起破碎作用，推进型搅拌器负责均匀搅拌；利用推进型和涡轮型的混合结构可以达到既能搅拌均匀，又能破碎蜡块的作用。方案采用原有的操作平台安装搅拌装置、减速装置及电动机；改进搅拌轴的支承结构，采用简支方式的支承结构，罐内装滑动轴承，以提高搅拌轴的刚性和增强轴端密封抗震性能。
实际生产中，蜡液中除了有未被充分溶解的蜡固体颗粒外，经常还有一些焊渣和金属颗粒，多数为铁金属颗粒，而且这些金属颗粒很小，一般滤网过滤不掉，对下游蜡泵造成磨损，为此重新设计的过滤器，既能滤掉未被溶解的蜡颗粒，又要滤掉金属颗粒。设计方案如下：
(1)除了利用滤网外，在滤芯中加人永久性磁铁，将蜡液中的铁金属颗粒吸附，定期更换进行清理，当过滤器中蜡粒积累到一定程度后，利用过滤器中的蒸汽旁管加热，使蜡粒溶解，以保证设备正常运转。
(2)在蜡罐出口管道中设置初级滤网，保证较大蜡块及大的杂质不至于到下游过滤器，使蜡块在蜡罐中被搅拌破碎。
(3)设置滤网和永久性磁铁以及蒸汽加热盘管，并设置压力传感器，主要是为了能够自动监测滤网的阻塞程度，当阻塞达到一定程度时，启动电磁开关，利用蒸汽盘管加热，使蜡块溶解；而当加热作用不太明显时，表明滤网已经被蜡块以外的固体颗粒阻塞，从而自动报警，拆开过滤器，清洗滤网和磁铁上吸附的金属颗粒。
2 设计方案与实施
2．1 搅拌器结构
为提高搅拌器破碎能力，设计的结构采用三窄叶旋桨式与翻齿形圆盘涡轮式搅拌器组合结构，支承于机械密封置之罐外，采用双端面、釜用、大气端平衡型、内置两个圆锥滚子轴承的波纹管机械密封结构⋯，提高了支撑刚度，保证了耐用性，安装维修方便，具体结构见图1。这种结构形式可采用原有的操作平台安装。
因为搅拌转速为350～450 r／min，转速较低。为了保证对蜡块的破碎能力，承担破碎作用的涡轮式搅拌器采用自行设计的翻齿形圆盘涡轮式搅拌器。其结构示意见图2。
对原来搅拌轴的支承结构改进，即将原来旁人式悬臂支承结构改为旁人式简支方式的支承结构，以提高伸进罐内搅拌轴的刚性和承载能力。罐内采用轴套式滑动轴承，罐外采用一对止推式滚动轴承。
对于搅拌轴和罐体开孑L部位的密封拟采用波纹管式双端面机械密封，该种密封结构经过实践证明其密封效果优于普通机械密封，有效地防止蜡液的泄漏，对于变载荷运行的工况其密封性能比较稳定，彻底改善原有填料密封经常泄漏的
现象。
2．2 罐内流态分析
旁人式搅拌反应器是将搅拌装置安装在筒体的侧壁上，由于旁人式搅拌利用推进式搅拌器，能得到最好的搅拌效果。其转速一般是360～450r／min。驱动方式一般为皮带和齿轮传动。旁人式搅拌，一般用于防止原油储罐泥浆的堆积，用于重油、汽油等石油产品的均匀搅拌。特别是在大型储槽中投入少量的功率便可以得到适宜的效果，因而被广泛应用。由于Re=7．29×10 5>10 3 ．罐体内液体流动状态属于湍流。由于罐体内同时存在着圆盘直叶涡轮式和推进式搅拌器，圆盘涡轮式搅拌器的桨叶属于径流型，而推进式搅拌器的桨叶是属于轴流型。径流型的桨叶主要是在罐内使介质有强大的上下循环流，轴流型桨叶在轴方向有很大的排出量，主要是轴向的前后循环流。而要搅拌的溶液为低粘度的液体，罐体内液体的速度梯度几乎不存在，从而使罐内的介质具有强烈的混合效果和破碎作用。罐体内液体流动状态处于湍流过程，流动场中有许多各种尺寸的涡流。当高速流的速度足够大，就可以借流体粘性所产生的剪力作用，使与之相邻的周围流体的表面上产生许多微小的涡流。这种附加的微小涡流，由于瞬时速度波动就会产生湍动。较大的涡流以较高的速度作不规则的移动时，会渐渐崩坏而和周围的液体混合，其结果不仅是流体本身，就连所包含的热量、质量和能量也都随之向周围移动造成湍流扩散现象。按以上分析，采用旁人式简支方式的支承结构、涡轮式和推进式组合搅拌器是合理的结构。
2．3 搅拌轴的临界转速校核
该旁人式简支方式的支承结构承载能力强．但应注意避免工作在它的临界转速附近而引发较大幅度的振动，影响机械密封的耐用性，有必要进行搅拌轴临界转速的校核。为了说明具体方法与步骤，以本次设计的已知参数进行核算。本设计中搅拌轴以刚性轴计算，其有效质量等于轴自身加上轴附带的质量，由于轴在单跨段有变位，以单跨轴的有效轴径为轴的计算直径，即d2=58 mm，已知ρs=7．8×10 3。ρ=0．81×10 3， 则：
2．4 过滤器结构
新设计的过滤器，既能滤掉未被破碎的蜡颗粒，又可滤掉金属铁颗粒。经过论证，决定采用如下方案，过滤器结构见图3所示。
蜡液由进口进入过滤器，先经过蒸汽加热器，再经过筛板将大于筛孔的蜡块和固体颗粒过滤掉，进入强磁力区，6根磁铁棒形成环形布置，其中铁颗粒被吸附在磁铁棒上，最后由出口流出，进入下游的螺杆泵。
过滤器中加入永久性磁铁作为滤芯，利用磁铁对金属颗粒的吸附作用将蜡液中的金属颗粒吸附住，要求定期更换进行清理，以保证后续设备正常运转。压力传感器的作用是：大于筛孔的蜡块和固体颗粒被过滤截流在筛板前过滤室，当筛板堵塞或过滤室充盈时，筛板前后就出现明显的压力差，这时传感器感受压力的变化将其转换为电信号，传到控制中心PLC，再由PLC驱动执行机构，方式有两种：一种情况，从溶剂注入管3加入溶剂使蜡块溶解；另一种情况，打开蒸汽加热控制阀，将高温蒸汽通过加热盘管加热，熔解蜡块，当过滤器内压力差值恢复正常后，停止加入溶剂或停止通蒸汽。
2．5 搅拌器和过滤器实施结果
改造后的搅拌器、过滤器已在实际生产中运行接近2年。发生自动报警启动加热熔解堵塞的蜡块事件合计6次(平均3个月1次)，1年定期拆开清理1次；与未改造前平均1个半月就堵塞1次而需要拆开清理相比，有了明显改善。轴封改造为波纹管机械密封后，2年未出现过泄漏，与改造前平均3个月检修1次相比，有了根本的改善。
3 小结
改造后解决了原有搅拌不均匀，冲击较大，且搅拌轴受冲击引起的轴端密封破坏等缺陷。组合式三窄叶旋桨式与翻齿形圆盘涡轮式搅拌器结构，可以达到搅拌均匀、又能破碎大的蜡块的双重效果；
设置的滤网和过滤器能有效地过滤掉焊渣等固体杂质，又能处理掉微小铁金属颗粒，保证设备能够连续安全运转，延长其使用寿命，能大大提高生产的安全性，降低设备维修费，减少装置检修停工期的费用，降低运行成本。
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