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CTA回转式干燥烘干机的结构改进与运用探讨
发布时间：2013-07-23 08:17 来源：未知
粗对苯二甲酸( CTA)通过加氢精制和离心分离制成精对苯二甲酸( PTA)，它是生产聚酯和纤维的主要原料。中国石化上海石油化工股份有限公司PI'A装置1983年从日本引进，经过增量改造，生产能力从原设计的225 kt/a增至400 kt/a。原设计采用日本三井化学株式会社的专利技术，该技术特点是以醋酸为溶剂，醋酸钴、锰及四溴乙烷为催化剂，对二甲苯( PX)氧化生成CTA，再经加氢精制，然后经过离心分离、真空过滤和干燥等过程，最终生成PTA。CTA回转式干燥烘干机是生产CTA的关键设备，该设备的运行好坏直接影响到PTA装置的生产能力和产品质量稳定，也是影响整个装置运行成本的关键，富通新能源生产销售木屑颗�；�、木屑烘干机等生物质燃料成型、木屑烘干等机械设备。
1、主要参数和工作原理
1.1结构与主要参数
CTA回转式干燥烘干机由筒体（包括壳体、蒸汽管、蒸汽分配器及锤击器）、进料螺旋、进出料端密封、旋转接头及传动系统（包括电机、减速机、齿轮、托轮等）组成。
CTA回转式干燥烘干机中蒸汽管以同心圆方式沿筒体方向进行排管，蒸汽管一端与汽室端盖的法兰焊接固定，另一端为自由端，采用填料密封，运行时可补偿管的热膨胀。简体成一定倾斜度安装，一般斜度约为2 mm /100cm。
1.2工作原理
CTA回转式干燥烘干机是蒸汽列管卧式回转型干燥烘干机，属于密闭型间接加热式回转干燥烘干机范畴。与常规回转干燥烘干机的差别在于筒内安置了蒸汽加热管，进出料两端安装了特殊的密封结构，加热管贯穿整个干燥烘干机机身，以同心圆方式排成4圈，干燥所需热量主要由加热管提供，简体旋转中通过金属管壁将热能传递给物料，同时存在着蒸汽列管与载气、载气与物料颗粒之间的对流换热，该干燥烘干机加热系统结构如图1所示。
CTA湿料从入料口进入进料螺旋腔体，由螺旋推进到干燥烘干机回转筒体内，CTA湿料接触管壁等吸收热量增焓，CTA湿料中水、酸等组分不断蒸发。同时在简体内通有载气(N2)，载气从出料系统进入，与物料逆向动作，在加热CTA的同时携带走蒸发出来的组分，使CTA湿料逐步干燥，随着简体的回转CTA物料不断翻动和向前倾方向逐步推进，到达筒体出料端的CTA已是具备指标要求的粉沫成品，再由静止出料螺旋推出到出口回转阀，然后进入气送系统到料仓。
其排液原理是：蒸汽从中心管内管经由“加热蒸汽进入管”进入“汽室”；然后蒸汽再从“汽室”进入“加热管”，在“加热管”内冷凝放热，变为凝液；凝液从“加热管”流回“汽室”。当汽室转动到适当位置时，凝液在“隔板”的作用下在“汽室”内汇聚到“凝液排出管”附近，当液位高于“凝液排出管”时排人中心管，最后凝液通过中心管外管流出干燥烘干机。其中汽室被隔板分成3个腔，在干燥烘干机转动过程中，每二个腔依次按上述步骤工作，干燥烘干机每转动一周，每根排液管排液一次。
2、结构分析与改进
2.1进料螺旋结构
进料螺旋是干燥烘干机主要部件之一，是CTA湿料的推进器，原结构如图2所示，其外端采用滚珠轴承，内端采用滑动轴承。因滑动轴承在进料腔的内部，与腔内介质酸气、水、固体颗粒等接触，温度在90℃左右，所以一般的自润滑轴承无法适用。当时采用材料为四氟的滑动轴承，在轴承支架上开通孔，通入冷的N2来冷却润滑摩擦副。但生产波动或载气中夹带的CTA粉尘，很容易堵住冷却N2孔，造成轴承与轴异常磨损，从而经常导致螺旋中心下坠磨损进料腔和螺旋，严重时造成了输送效率降低和轴断裂等故障。进料腔内的工况对轴承来说是极其苛刻的，在这部位的轴承配对磨擦副必须同时具备良好自润滑性、高防腐性能、耐磨性和一定强度，采用提高材料等级的选型办法不可行。因此，应用悬臂梁原理，将螺旋轴设计成悬臂式，把轴承移到外端来改善运行工况，如图3所示。设计成悬臂粱式时，因轴将受到扭矩载荷和垂直载荷的综合作用，它比原简支梁形式的轴径会略有增加。但轴的最大挠度与轴的惯性矩(I)成反比，因为螺旋带和支撑杆的作用，增加了轴的I，则在该工况下简支梁与悬臂梁的y变化不大。
在PTA项目技术改造时，在新制设备中采用了悬臂式螺旋。该结构使轴承既避免了进料腔内的苛刻工况，延长了运转周期，又简化了腔内结构，便于轴承的检修与维护，5年的实际运行证明该结构稳定可靠。
2.2进料和出料端密封结构
进出料端密封是保证该回转式干燥烘干机长周期运行的主要因素之一。在改造之前，原干燥烘干机筒体与进、出口螺旋简体的连接动密封是全填料结构加弹簧补偿的结构，见图4所示，该结构虽然简单，但安装的对中难度大，而且填料函间隙稳定性差，容易泄漏造成填料失效，影响生产。该结构中填料还要承担一定的筒体间偏心引起的载荷，从而加剧了填料的磨损。
因此，对进出料端密封结构进行了优化，优化结构如图5所示；这种结构称它为大轴承定位的填料密封结构。其中定位大轴承是结构的关键部件。定位大轴承结构的引入，使进、出料输送器壳体和干燥烘干机简体间的对中性能好而且稳定，同时克服了筒体对填料产生的附加载荷，使填料在较小的径向载荷下均匀运转，提高了其运行周期。一般该结构中轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，滚动轴承由轴承内外圈、定位板、滚珠组成；而滑动轴承结构较简单。虽然滚动轴承和滑动轴承在密闭型蒸汽管回转干燥烘干机中的使用均比较成熟，但滚动轴承更利于大型化。因此，认为CTA回转式干燥烘干机采用滚动大轴承结构是可靠的。
2.3托轮的结构
托轮是回转式干燥烘干机的主要支撑部件，其运行的稳定性和长周期性是关键。随着制造业和炼钢技术的发展，在材料的选用方面已相对成熟。目前，国外引进干燥烘干机的滚圈、托轮材质主要为SCM440和FCD700。根据国内外材质分析对比，滚圈材质SCM440相当于国内的42CrMo，托轮FCD700相当于国内的球墨铸铁QT700-2。在多年的运行纪录中发现，因托轮故障引起该干燥烘干机非计划停车抢修的次数最多，其主要表现为轴承失效为主。轴承损伤的主要因素有变形、不同轴、配合不当、润滑不良、外部振动、腐蚀、材料缺陷和装配工艺不当等。发现结构不合理主要原因是在日常运行中托轮表面温度平均一般在75℃左右，从原结构（如图6所示）中可见，即轴承外壳的环境温度就不会低于75℃。此外，原结构的润滑脂添加入口距离轴承较远，对两轴承的润滑状况判断要求高，在实际运行维护中易出现轴承中润滑脂的补给和更新不及时，而降低润滑效果，严重时就出现了轴承的短期失效。
综上所述，改进该托轮的结构来改善轴承的使用工况是解决问题的关键。在增量改造项目引进新设备时，采用了托轮新结构，如图7所示。它润滑脂补给较直接，易判断。同时，轴承腔外壳直接露裸在大气中，散热效果好，易于降低轴承的使用温度。实际使用中，测得新结构轴承腔表面温度在40—50℃，使用工况明显好转。
此外，从另一个角度对比定性分析这两种结构形式的利弊。当旋转转速相同时，轴承的外圈和内圈的线速度是不一样的，当值越大，则线速度越大。从原结构中可以看到，托轮和轴承的外圈是运动件，而轴承的内圈和轴是固定的。但新结构中，轴承内圈、轴和托轮是旋转件，而轴承外壳是静止件。很明显，虽然滚珠轴承滚珠存在一定的自转，但其绕轴的线速度原结构大于新结构，产生的摩擦热前者大于后者。因此，新结构中的轴承运行工况得到了明显改善，运转5年来，轴承未出现过早期失效。
3、结论
干燥烘干机托轮采用轴承两端支撑，轴与托轮同步一体旋转的结构合理稳定和可靠。进料螺旋采用悬臂式结构安全可靠，减少因螺旋和进料筒体磨损引起的非计划停车或输送效率的降低。采用大轴承定位方式的简体结构，确保填料函的间隙的均匀性和运转稳定性，减少了填料的偏心磨损，延长了填料的使用寿命，从而轴封稳定性大大提高。但大轴承的维护保养是至关重要的。确保其润滑的稳定性，定期注入足够的耐高温润滑脂，加强巡检维护，周期可达5年以上，富通新能源生产销售木屑颗粒机、木屑烘干机等生物质燃料成型、木屑烘干机等机械设备。
