沈元泽（厦门钨业股份有限公司，福建厦门 361026）

15m3压力反应釜的优化改造

沈元泽
（厦门钨业股份有限公司，福建厦门 361026）

对于压力反应釜，更高的原料处理效率就意味着更高的产量，如何在同样的时间处理更多原料因此成为入手点，而现有的15m3反应釜由于受到多方面的因素制约，产能一直无法提高，本文对现有反应釜进行优化改造，达到节约能源、提高产量的目的。通过对密封系统的改造，有效地提高了密封稳定性，减少了检修频次，减小了安全隐患，各项工艺及设备运行指标符合预期，同时又达到了我们用最少的投入获得最大效益的目标。

压力反应釜 搅拌 推进式 密封 优化

生产中设备的科学及优化设计对提高生产率有着十分必要的作用，随着钨矿品位的降低及生产流程中产能的扩大，按原配置压煮的设备的产能已无法满足生产要求，如何采取有效的措施在现有设备上提高产能变成一个重要课题。

1　背景及存在问题

在改造前，一部矿石分解作业主要依靠10台不同规格的压力反应釜，而其中4台15m3反应釜承担了80%以上的产量任务，每天共可处理15批共计45吨矿石，在很大程度上决定了最终产量。

图1　四叶推进式搅拌

图2　四叶开启涡轮式搅拌

2　压力反应釜改造方案

2.1搅拌装置改造

从本质上讲搅拌过程就是在流动场中进行单一的动量传递或者是包括动量、热量、质量传递及化学反应的过程，而搅拌器就是通过时搅拌介质获得适宜的流动场而向其输入机械能量的装置。因此流动场问题和搅拌能量问题一直是搅拌过程所研究的主要课题。

针对目前工艺流程中15m3压煮器运行的现状，要对搅拌器进行改造，首先需要面对并解决几个问题：（1）改造后料液流动性应更强，在增加投矿量的情况下通过更强的搅拌保证加热到180℃的时间不会增加。（2）改造完成后可以使每批次投矿量增加10%，达到3.3吨/批，同时机上渣含钨量控制在0.3%以下，即保证新搅拌情况下，搅拌效果不降低。（3）因压煮器是压力容器，安全要求高，因此要把安全性放在第一位。（4）在不改变搅拌动力系统的前提下综合考虑搅拌参数，使之达到最佳工作状态，同时又不可出现电流过大、锅体晃动等安全问题，充分发挥出压煮器的潜在产能。

为了达到设计目的，对于之前提出的问题，实现方案如下：

在原有旧搅拌系统中，上下两对搅拌叶片均为普通浆式搅拌器，这种搅拌构造简单造价低，但是搅拌效果不能满足我们更高的要求，因为桨式搅拌器对流体的循环流动只停留在处理每批3吨矿石的水平，投入更多的原料会导致搅拌效果更差甚至减速机负荷过大；而推进式搅拌可以在相同转速下更多的将搅拌器输入流体的能量转化为流体的循环运动，搅拌时，流体由桨叶上方吸入，下方以筒状螺旋形输出，流体至容器底再沿壁面返至桨叶上方，形成轴向流动。推进式搅拌器搅拌时流体的湍流程度不高，但循环量大，适当增加转速可以在较小的搅拌功率下获得较好的搅拌效果。

根据实际的工艺要求，我们选择了的四叶推进式搅拌（见图1），推进式是最典型的轴流型搅拌器，高排液量，低剪切性能；采用挡板或导流筒则轴向循环更强。排出性能明显提高，因为它循环能力强，动力消耗低，在大容量均相、混合过程中应用最能体现其优势，在低粘度的液体传热、反应、固液比小时的悬浮、溶解等过程中应用广泛。

根据现有反应釜参数及使用参数，确定搅拌器主尺寸，dj为搅拌器直径，D为反应釜内径，参照选型手册：

dj/D=0.1—0.5，许用线速度V=3—15m/s，

由于是现场改造，减速机等配套尽量不做改变，功率18.5Kw，速比1：17；

搅拌转速r=1440/17=85rad/min

由于转速略低，因此dj可取大值，而D=2600mm，根据计算及使用经验，取dj=1000mm，其余参数取自设计手册。

为了加强釜内流体的循环激烈程度，在其上方又加设一对四叶开启涡轮式搅拌器，（见图2）。

这种斜叶开启涡轮式搅拌器，是一种轴流型搅拌器，有较好的对流循环能力，并有一定的湍流扩散能力，适合应用于混合、分散、微粒结晶、反应、溶解、固液悬浮、传热等操作。这就保证在15m3的釜体中依然能够提供充分的流体循环。而在之后增加的7、8#压煮器中，加设了三副挡流板，可有效防止漩涡产生。

2.2密封装置改造

在对搅拌器进行改造的同时，附属系统的匹配程度也是不容忽视的，因此我们对搅拌支架、密封结构及冷却方式、搅拌轴等部分也进行了不同程度的优化，以保证整套搅拌系统的正常运行。优化改造部分主要体现在以下几点：

（1）搅拌轴结构重新设计，包括：1）轴上与填料相接触的密封面处，采用热处理后再上磨床的加工方法，保证密封面处的粗糙度及减小热变形，最大程度减小泄露可能性，增强密封效果。2）轴上部件一律采用键联接，使整根轴结构更加优化，保障装配精度以确保搅拌的动平衡的同时使装配更为简易，降低检修难度。3）浆叶与搅拌轴的固定改为带定位环、槽的两半卡箍形式，装配稳定性更高。（2）搅拌轴重新设计，可兼容机械密封和填料密封，互换性更好，改造空间更大。（3）改变了填料盒的冷却系统，在减速机支架底部，即填料盒底部增加了一套冷却水系统，降低热膨胀对驱动系统的影响。（4）重新设计了填料盒及压盘根方式。（5）为了方便装填料，机架下段加高50mm，增大填料压盖上提空间。（6）重新计算、核定搅拌功率。（7）重新设计配置搅拌形式。

2.3釜体改造

反应釜体是主要受压元件，不可轻易改造，未了加强混合效果，防止漩涡产生，在釜体内部加设3组挡流板，可起到如下作用：（1）消除“漩涡”现象：杜绝反应釜介质在离心力的作用下沿筒壁螺旋上升。（2）提升混合均匀度：反应釜中折流板的存在使物料产生乱流现像，彻底强力地改变了介质的流向，无论是纯粉体、纯液体或粉液混合体，都会形成多向翻滚乱流。在提高混合均匀度的同时还提高了生产效力，事半功倍。（3）消除分层现象：无“折流板”的反应釜，在搅拌轴及搅拌器的作用下，不同的介质会沿原来的路径“螺旋”上升，只有在阻力作用下才会产生乱流。（4）对釜体的加固：“折流板”的存在是以焊接的形式存在于反应釜内部筒体，从力学方面讲对筒体无疑是起到一个支撑及加固的作用。筒体是反应釜的躯壳，对筒体的保护间接延长了反应釜的使用寿命。（5）对搅拌轴的保护：当反应釜需要停车时，在断电瞬间，搅拌轴就会停止运转。如没有折流板的情况下，物料的“螺旋”运动会给停车瞬间的搅拌轴一个反向作用的力。“折流板”的存在会在一定程度上削弱这一反向作用力，有效地保护了搅拌轴。

由于压力反应釜是压力容器，不得擅自进行维修改造工作，因此上述改造均是交由有资质的正规厂家经过审核后进行，符合《特种设备安全监察条例》及《压力容器安装改造维修许可规则》TSGR3001-2006。

3　使用效果分析

解决了密封处易泄漏料问题，降低填料维护和设备外观维护的强度；提高操作岗位员工及检修人员的安全保障；减少了因泄漏料导致的物料损失及因此引起停机检修对生产造成影响，而且减轻检修工作强度。

4　结语

通过对密封系统的改造，有效地提高了密封稳定性，减少了检修频次，减小了安全隐患，各项工艺及设备运行指标符合预期，同时又达到了我们用最少的投入获得最大效益的目标。改造完成后，每批可以进料由原来的3吨增至3.3吨。在增加投料量的同时，通过监测发现搅拌电流并没有明显升高，加热时的电流在22—28A之间，这就意味着在保证动力系统工作状况安全稳定的同时不会增加过多能耗。在密封方面，由于使用的是15x15mm石墨柔性填料，成本低廉，密封效果稳定。通过对原有搅拌的改造，有效地提高了搅拌效果，对提高生产效率有很重要的作用。

［1］徐灏.《机械设计手册》机械工业出版社，1995年12月.

［2］温秉权.《金属材料手册》电子工业出版社，2009年6月.