ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００４－２７５Ｘ ２０２０ ０８ ０４５
湿法磷酸反应槽搅拌器运行分析
刘志平
（云南三环中化化肥有限公司，云南　昆明　６５０１１４）
摘　要：分析反应槽搅拌器运行中存在的问题，重点针对搅拌桨轴断和减速机漏油问题进行了分析，并给出相
应的解决办法。用无机酸分解磷矿粉通常称为湿法生产，在这个生产过程中，有一个步骤通过分离出粗磷酸，再净
化后制作得到磷酸产品。因此湿法磷酸比热法磷酸成本低２
０％～３０％。经适当方法净化后，产品纯度可与热法磷酸相媲美。也正因如此，湿法磷酸工艺处于磷酸生产的主导地位。
关键词：湿法磷酸；反应槽；搅拌器；运行分析  中图分类号：ＴＱ１２６ ３５  　文献标志码：Ａ  　文章编号：１００４－２７５Ｘ（２０２０）０８－１４１－０３
Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｇｉｔａｔｏｒｏｆｗｅｔ－ｐｒｏｃｅｓｓｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃａｃｉｄｒｅａｃｔｉｏｎｔａｎｋ
ＬｉｕＺｈｉｐｉｎｇ
  （ＹｕｎｎａｎＳａｎｈｕａｎＳｉｎｏｆｅｒｔＣｏ ，Ｌｔｄ ，ＹｕｎｎａｎＫｕｎｍｉｎｇ６５０１１４）
  Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙｚｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｇｉｔａｔｏｒｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔａｎｋ，ｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｂｒｏｋｅｎｓｈａｆｔｏｆｔｈｅｓｔｉｒｒｉｎｇｐａｄｄｌｅａｎｄｔｈｅｏｉｌｌｅａｋａｇｅｏｆｔｈｅｒｅｄｕｃｅｒ，ａｎｄｇｉｖｅｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｐｈｏｓｐｈａｔｅｒｏｃｋｐｏｗｄｅｒｗｉｔｈｉｎｏｒｇａｎｉｃａｃｉｄｉｓｕｓｕａｌｌｙｃａｌｌｅｄｗｅｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｈｉｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｒｅｉｓａｓｔｅｐｔｏｓｅｐａ ｒａｔｅｔｈｅｃｒｕｄｅｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃａｃｉｄａｎｄｐｕｒｉｆｙｉｔｔｏｍａｋｅｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃａｃｉｄｐｒｏｄｕｃｔ Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｃｏｓｔｏｆｗｅｔ－ｐｒｏｃｅｓｓｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃａｃｉｄｉｓ２０％ｔｏ３０％ｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔ
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  萃取磷酸的反应过程是液体浸蚀固体的过程。在搅拌的作用下，萃取磷酸的反应不仅取决于液体湍流运动的速度，同时也取决于液体与固体颗粒间的相对运动。因此加强搅拌有利于获得最大的Ｐ２Ｏ５转化率。在这种情况下，搅拌的作用有：使液－固相混合均匀，促进料浆循环，破除泡沫。这样在设计搅拌桨时希望获得很大的搅拌强度，导致轴功率
设计的很大。
［１］
  我公司目前有两个３００ｋｔ／ａ的方格槽，分１８个区，每区安装１台搅拌器，其中１２台安装在
反应区，６台安装在消化区。反应区的物料从一区到六区，六区再经轴流泵抽到闪蒸室内回流到一区，如此循环。在此过程中，６个区的搅拌器起到物料混合和物料循环的作用，由于强度大、负荷高，搅拌器在运行过程中故障频发。本文主要围绕我公司反应槽搅拌器运行过程中存在的问题进行分析，到根本原因并提供解决办法。
１　搅拌桨轴
  轴断是反应槽搅拌器的主要故障，表１为近年
搅拌轴断裂统计情况。
表１　近年来反应槽搅拌器轴断情况统计
故障时间故障区域故障次数
故障原因２０１３年２区、３区、５区３轴断２０１４年４区、５区２轴断２０１５年２区、６区２轴断２０１６年４区、５区２轴断２０１７年２区、４区、６区３轴断２０１８年reaction in the shaft
３区、５区
２
轴断
１ １　搅拌桨轴断裂的原因分析  １）搅拌器在运行过程中，物料通过下层桨实现轴向翻动，通过上层桨实现循环流动。桨叶直径下层２２５０ｍｍ，上层１９４０ｍｍ，轴长Ｌ＝６８６２ｍｍ，转速ｎ＝６４ｒ／ｍｉｎ。反应槽料浆含固量约３３％左右，固体颗粒易于沉淀，因此搅拌器必须长周期运行，其运行率和运行时间均高于其他设备。在搅拌过程中桨叶发生磨损，桨叶局部断裂后引起不平衡和振动，导致搅拌轴发生断裂，基本每年都需打捞２～３次搅拌轴，故障率高，作业过程风险大。  ２）上层桨叶形式为４５°ＰＢＴ，下层桨叶形式为ＧＣＨ２０００－ＲＡ，即变截面变倾角推进式。在实际生产中，下层桨的磨损较上层桨严重，基本在运行１
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年后，下层桨就会磨出豁口不一，形状各异的缺口。考虑到生产成本，往往在大检修时会对下层桨叶进行挖补修复。由于现场施工的局限性，焊接变形无法消除，且修复后的搅拌桨无法做动、静平衡试验，运行时振动大，电流波动达１０～２０Ａ，与换新桨叶的搅拌桨区别明显（见表２），挖补的桨叶在焊缝处易断裂，同样会导致搅拌轴故障。
表２　反应槽搅拌器运行情况
一区二区三区四区五区六区
萃取槽液位７７％
振幅
／（ｍｍ／ｓ）
１ ８～２ ５２ ７～３ ８６ ２～１２ ８３ ３～４ ７５ ９～１３ ２３ ７～４ ９电流／Ａ１７０～１７５１８０～１８８１９０～２０３１９５～２００１８５～２００１８０～１８５  表２为２０１８年磷酸Ⅱ期萃取槽复槽时收集的搅拌器运行数据，其中三区和五区为修复桨叶，其他区为新桨叶，振幅和电流波动情况对比明显差异。
  ３）磷酸反应槽搅拌轴为异径轴，直径为Φ２７３×Φ４５０，长度分别为２３７０ｍｍ＋４４９２ｍｍ，搅拌轴壁厚１２ｍｍ，材质３１６Ｌ。异径轴内部连接采用法兰镶嵌，外部焊接而成。在运行过程中，振动和摆动通常来自于下层桨叶，而受扭矩和剪切力最大的位置在上层桨叶轮毂的上下，该处存在异径管焊接，轮毂与上、下轴的焊接，应力比较集中，易引起焊口脆化，产生疲劳裂纹。当搅拌桨出现异常情况时，此位置最容易发生断裂。
１ ２　搅拌桨轴断裂的防范措施
  １）下层桨叶的材质为３１６Ｌ，桨叶末梢速度７ ５４ｍ／ｓ，在搅拌过程中产生轴向流和部分涡流，加剧桨叶的磨损［２］。实践证明，下层桨叶运行６个月后，桨叶末梢厚度逐渐变薄，当运行１年后，末梢被逐渐磨蚀掉，并且逐步伤及桨叶筋板。当桨叶尖端强度不足时，搅拌过程中碰到大的垢块或异物，桨叶瞬间发生断裂，从而导致振幅加剧，桨轴断裂。因此，在运行过程中，需对每一根搅拌轴的运行和维修进行详细记录，分析其运行周期。正常的预防措施就是根据桨叶的使用周期定期检查更换，在日常维护中发现搅拌器电流波动大、振幅加剧达到７ｍｍ／ｓ以上时，立刻安排停车检查，可基本避免搅拌轴断裂事故发生。
  ２）是否进行桨叶挖补必须根据实际磨损情况和位置判定。当桨叶磨损到筋板，由于挖补的面积较大且在变倾角的位置，修复后桨叶寿命短，不建议进行挖补，宜更换新桨叶。因此桨叶修复仅限于末梢位置磨蚀后小面积挖补，焊缝要打坡口，焊接前余热，先将挖补的位置点焊固定后，在焊缝区域分段点焊一块筋板防止焊接变形，这样修复可保证桨叶使用寿命和搅拌桨运行稳定。
  ３）桨轴断裂除了上述的桨叶磨损和桨叶断裂因素外，还有一个主要因素就是桨轴焊缝和长期运行导致的应力断裂。在装置大检修或日常维护中，经常可以发现上层桨叶轮毂的上、下焊缝有裂纹。桨轴一旦出现裂纹，首先是轴强度已不足，其次轴的直线度也已经不在要求范围内，会加速轴的断裂。针对这个问题，我公司对搅拌轴上层轮毂处进行焊接筋板加强，见图１。
图１　反应槽搅拌轴加筋板前后示意图
  轮毂上下沿圆周方向各焊４块筋板，对桨轴最薄弱位置进行补强，基本避免桨轴断裂的事故发生。
  通过采取以上措施，近两年磷酸反应槽搅拌器轴断事故降为０，降低了维修成本，实现了长周期运行，同时控制了作业风险。
２　减速机
２ １　减速机原理
  我公司反应槽搅拌器减速机厂商为日本住友，型号ＰＶＤ９０８０Ｒ３Ｌ－ＲＬＦ－２２ ４，三级齿轮减速，与电机之间采用液力偶合器直连，减速机自带油泵，与一级齿轮连接传动，油泵主要对上端轴承和内部齿轮进行润滑。减速机轴承和油泵端面为平面密封，输入轴和输出轴为骨架油封密封。由于运行时间长，输入和输出端漏油严重，新油封换上后使用周期约３个月，减速机轴也出现不同程度的磨损，泄漏情况难杜绝，减速机运行隐患非常大，现场卫生难维护。
２ ２　减速机漏油原因
  １）我公司反应槽搅拌器运行电流在１６０～２００Ａ，减速机输出功率为８０～１０５ｋＷ，减速机箱体温度长期处于７５～８５℃，内部油温在９０℃。一般骨架油封材料为丁晴橡胶，在高温下，丁晴橡胶极易老化，受用寿命缩短，油封唇口老化变硬，还会导致减速机轴磨损，发生漏油。
  ２）减速机油温高，油的流动性更好，齿轮表面不能形成良好的油膜，齿轮磨损加剧，油质变差加剧磨损，形成恶性循环。油温高导致流动性强也会导致油封处泄漏。
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砼，尺寸：１０ ０ｍ×１６ｍ×４ ５ｍ，有效容积：８００ｍ３，停留时间：１０ｈ。
  ６）ｐＨ调整池。数量：１座，结构：钢砼，尺寸：３ ３ｍ×３ ３ｍ×３ ５ｍ，有效容积：２７ｍ３。
  ７）混凝池。数量：１座，结构：钢砼，尺寸：３ ３ｍ×３ ３ｍ×３ ５ｍ，有效容积：２７ｍ３。
  ８）絮凝池。数量：１座，结构：钢砼，尺寸：３ ３ｍ×３ ３ｍ×３ ５ｍ，有效容积：２７ｍ３。
  ９）斜管沉淀池。数量：１座，结构：钢砼，表面负荷：０ ４９ｍ３／（ｍ２·ｈ），尺寸：９ ４５×１８ ３×４ ５ｍ，有效水深：３ｍ。
  １０）ｐＨ回调池１。数量：２座，结构：钢砼，尺寸：３ ５ｍ×３ ３ｍ×４ ５ｍ，有效容积：３２ｍ３。
  １１）ｐＨ回调池２。数量：２座，结构：钢砼，尺寸：３ ５ｍ×３ ３ｍ×４ ５ｍ，有效容积：３２ｍ３。
  １２）冷却水池。数量：２座，结构：钢砼，尺寸：５ ３ｍ×３ ５ｍ×４ ５ｍ，有效容积：１００ｍ３。
  １３）ＭＢＲ池。数量：１座，结构：钢砼，尺寸：７ １５ｍ×４ ３ｍ×４ ５ｍ，有效水深：４ ３ｍ，有效容积：１００ｍ３。
  １４）清水池。数量：１座（分为两格），结构：钢砼，尺寸：７ １５ｍ×７ ３ｍ×４ ５ｍ，有效容积：１９０ｍ３。
  １５）综合污泥池。数量：１座，结构：钢砼，尺寸：７ １５ｍ×４ ８５ｍ×４ ５ｍ，有效容积：１１０ｍ３
  １６）重金属污泥池。数量：１座，结构：钢砼，尺寸：９ ４５ｍ×３ ４５ｍ×４ ５ｍ，有效容积：１００ｍ３。４　运行效果
  本工程目前运行情况稳定，处理出水效果较好，各项出水指标均达到《地表水环境质量标准》（ＧＢ３８３８－２００２）ＩＶ类限值。项目监测进出水质见表２。  表２　监测结果一览表
项目ｐＨ
ρ（ＣＯＤ）
／（ｍｇ／Ｌ）
ρ（ＢＯＤ５）
／（ｍｇ／Ｌ）
ρ（ＳＳ）
／（ｍｇ／Ｌ）项目进水
（综合处理
系统）
６ ５１８５６５４５ ８３５７项目出水７ ２２４ ８４ ８８ ３
５　结论
  １）采用“物化沉淀＋好氧－ＭＢＲ组合工艺”对综合废水进行处理，有效去除废水中的乳化油、ＣＯＤ、金属氧化物、ＳＳ等污染物，对同类型废水治理及减排具有良好的环境效益。
  ２）浓酸碱废水必须进行分流预处理，通过利用“破乳＋气浮”组合工艺可有效去除有机物，大大减少对后续综合处理系统的冲击。
  ３）废水预处理后水温保持在４０～４６℃，为保证系统的稳定运行，需考虑在深度处理工艺前端增设冷却工序，以满足后续ＭＢＲ系统对温度的要求。
参考文献：
［１］姜玉娟，陈志强 电镀废水处理技术的研究进展［Ｊ］ 环境科学与管理，２０１５，４０（３）：４５－４８
［２］马小隆，刘晓东，周广柱 电镀废水处理存在的问题及解决方案［Ｊ］ 山东科技大学学报（自然科学版），２００５，２４（１）：１０７－１１１ ［３］尚会来，张雷，张静蓉 电镀废水处理技术展望［Ｊ］ 给水排水，２０１２，３８（增刊）：２６０－２６３
［４］杨瑞洪，钱琛，赵云龙，等 气浮－磁分离工艺处理含油废水［Ｊ］．化工环保，２０１１，３１（４）：３４２－３４５
［５］侯伟竹，丁晶，赵庆良，等 水解／ＭＲＢ组合工艺处理电镀废水的效能［Ｊ］ 中国给水排水，２０１６，３２（１１）：１２－１５
收稿日期：２０２０－０６－２２
作者简介：王晓丹（１９８６－），女，汉族，本科，广东湛江人，中级环境工程与生态工程师，研究方向：环境污染与控制技术。
（上接第１４２页）
２ ３　减速机故障预防措施
  １）要消除减速机故障和隐患，需从根本上解决油温高的问题。由于设计时减速机自带的只有风扇散热，风扇只能对箱体表面散热，且箱体由于粉尘、污垢堆积后导致散热效果差。经过查阅相关资料和了解相关信息，我公司对５区搅拌器安装风冷系统，通过油泵使减速机箱体内的润滑油在板式换热器内循环，板式换热器通过风扇吹风散热。目前５区搅拌器减速机箱体油温只有５０～５５℃，下降３０℃，油封使用寿命延长，漏油和润滑问题得到极大改善。２）采用耐温性和耐老化性更好的氟橡胶油封，它
的耐温范围为－２５～３００℃，可以满足现有工况的需求。３　结语
  我公司反应槽搅拌器在使用过程中，搅拌轴和减速机等出现过大大小小的故障，但近两年通过对桨叶、轴、减速机等部件进行优化改进和精心管理，设备整体运行状况和使用效果良好，后续将继续对搅拌器的节能改造方面进行优化升级，使其运行达到高效、节能、稳定。
参考文献：
［１］古新 湿法磷酸萃取槽搅拌桨轴功率的计算方法［Ｊ］ 磷肥与复肥，２００４，１９（１）：４２－４５
［２］段付岗 萃取槽搅拌桨运行状况分析［Ｊ］ 磷肥与复肥，１９９９，１４（１）：３１－３５
收稿日期：２０２０－０７－１１
作者简介：刘志平（１９８６－）男，江西吉安人，助理工程师，本科，研究方向：反应槽搅拌器运行。
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