槳葉式干燥機(jī)金屬軟管失效原因分析及改進(jìn)
技術(shù)支持
槳葉式干燥機(jī)是一種以熱傳導(dǎo)為主的臥式攪拌型連續(xù)干燥設(shè)備。由于該設(shè)備干燥時(shí)所需的熱量依靠熱傳導(dǎo)間接加熱，因此干燥過程不需或只需少量氣體以帶走濕分，極大地減少了被氣體帶走的這部分熱量損失，提高了熱量利用率，是一種節(jié)能型干燥設(shè)備。它適合對顆粒狀和粉末狀物料進(jìn)行干燥，也能對膏狀物料進(jìn)行干燥。近年來，隨著國內(nèi)技術(shù)的逐步成熟，該設(shè)備已廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)。
1 槳葉式干燥機(jī)
槳葉式干燥機(jī)主要由機(jī)體、上蓋、空心轉(zhuǎn)軸、楔形槳葉、夾套、金屬軟管以及傳動裝置等部件組成。其工作原理為：將加熱介質(zhì)（蒸汽）通入槳葉軸、槳葉和殼體夾套中；物料由進(jìn)料口加入，充滿楔形葉片的空隙，在槳葉軸的轉(zhuǎn)動下，物料一邊被蒸汽間接加熱，一邊向前移動，干燥后的物料從出料口送出。金屬軟件主要用來輸送蒸汽進(jìn)入空心轉(zhuǎn)軸中，并輸出部分蒸汽和蒸汽冷凝液。
2 金屬軟管
金屬軟管是由波紋管、編織網(wǎng)套、管接頭和活套法蘭4部分組成的。波紋管是軟管的本體，用很薄的不銹鋼帶材經(jīng)成形、焊接等工藝制成。波紋管橫向受力時(shí)，由于濾紋幾何形狀的改變產(chǎn)生較大的彎曲變形，使金屬軟管具有較大的撓性。網(wǎng)套由相互交叉的若干硬鋼絲以一定的順序編織而成，是軟管的重要組成部分。它不僅要分擔(dān)軟管軸向、徑向上的靜負(fù)荷和流體產(chǎn)生的脈動負(fù)荷，而且要保護(hù)波紋部分不受外來的機(jī)械損傷。只有編織網(wǎng)套完好，波紋管才能承受較高的壓力。網(wǎng)套和波紋管通過接頭用釬焊的方法聯(lián)為一體，以便與其他管件聯(lián)接。
3 金屬軟管泄露原因分析
3.1 工藝方面
3.1.1 金屬軟管設(shè)計(jì)壓力選擇
干燥機(jī)的金屬軟管輸送介質(zhì)為S6蒸汽和蒸汽冷凝液，實(shí)際工作壓力在0.2～0.6MPa之間調(diào)節(jié)。金屬軟管在高溫下的工作壓力為：Po=K×PN。K：溫度修正系數(shù)；Po：工作壓力，MPa；PN：公稱壓力，MPa。
已知，Po≥0.6MPa；波紋管、網(wǎng)套材料的溫度修正系數(shù)為K=0.75，即PN=Po/K≥0.6/0.75≥0.8MPa。根據(jù)壓力等級劃分，PN=1.0MPa較合適。原裝金屬軟管設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa，滿足使用要求。
3.1.2 水擊現(xiàn)象
干燥機(jī)金屬軟管輸送的蒸汽進(jìn)入干燥機(jī)后由于傳熱作用，部分蒸汽迅速冷卻成水，管道內(nèi)一部分是水，一部分是蒸汽，使得流動不均勻，造成管道受力不均，必然產(chǎn)生管道振動，即發(fā)生水擊。水擊現(xiàn)象是由于介質(zhì)流動狀態(tài)忽然改變，管內(nèi)流體動量發(fā)生變化而產(chǎn)生的壓力瞬變過程，是管內(nèi)不穩(wěn)定流動所引起的一種特殊振蕩現(xiàn)象。急劇升降的壓力波通過管路傳遞時(shí)產(chǎn)生一種猶如用錘子敲擊管路時(shí)發(fā)出的噪音，因此亦稱為水錘。當(dāng)水擊發(fā)生時(shí)，會對管道與其相連設(shè)備的安全產(chǎn)生危害，特別對管道的彎管段，受到的沖擊力相當(dāng)強(qiáng)烈，而金屬軟管本身比較薄弱，彎道又比較多，即使選用不銹鋼，也很容易引起金屬軟管泄露。所以，水擊現(xiàn)象是造成金屬軟管破損泄露的主要原因之一。
3.2 設(shè)備方面
3.2.1 金屬軟管的實(shí)際彎曲半徑
金屬軟管的實(shí)際彎曲半徑R=K×Rs，Rs為軟管許用彎曲半徑，K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。若K值選得太小，軟管經(jīng)反復(fù)彎曲，易產(chǎn)生疲勞破壞和應(yīng)力集中；若K值太大，則會引起材料浪費(fèi)并給布置帶來困難，因此，K值一般在1.0～2.2范圍內(nèi)選取。針對無振動、無反復(fù)彎曲的狀況，可選Rs=Rj（靜態(tài)彎曲半徑）；或者對于無振動、有反復(fù)彎曲的情況，可選Rs=fRj（f=1.5～2.0，f為安全系數(shù)）；或者對于有振動、無反復(fù)彎曲的情況，可選Rs=Rd（動態(tài)彎曲半徑）；再或者對于有振動、有反復(fù)彎曲的情況，可選Rs=fRd（f=1.5～2.0）。
DN65mm的金屬軟管其靜態(tài)彎曲半徑Rj≥390mm，動態(tài)彎曲半徑Rd≥845mm；并根據(jù)現(xiàn)場的工作條件，金屬軟管基本無振動，只存在偶然卡料振動的情況，干燥機(jī)轉(zhuǎn)軸跳動幅度不超過3mm，即金屬軟管的伸縮幅度不超過6mm。針對這種條件，金屬軟件的許用彎曲半徑Rs=Rj=390mm就能滿足要求。經(jīng)驗(yàn)系數(shù)K取中間值1.6即可，實(shí)際彎曲半徑R=K×Rs=1.6×390=624mm。原裝金屬軟管的彎曲半徑為動態(tài)彎曲半徑845mm。所以，金屬軟管的實(shí)際彎曲半徑滿足要求。
3.2.2 金屬軟管公稱長度
金屬軟管的長度取得太長，不僅會增加不必要的投資，而且會增加流動阻力，還有可能引起附加振動；而長度不夠，又易在接頭焊縫處彎曲，不能保證軟管在自然彎曲狀態(tài)下工作，縮短軟管使用壽命。
如果金屬軟管的彎曲半徑和長度選擇不合理，極易造成金屬軟管疲勞損壞。對縱向移動的軟管來說，其長度可按下式確定：L=R+l1+l2+△S。式中L：金屬軟管長度，mm；l1：金屬軟管外螺紋接頭端剛性長度，mm，現(xiàn)場尺量l1=127mm；l2：金屬軟管法蘭端剛性長度，mm，現(xiàn)場尺量l2=90mm；R：金屬軟管實(shí)際彎曲半徑，mm，計(jì)算出R=624mm；△S：位移量，即中心軸轉(zhuǎn)動時(shí)，軸中心點(diǎn)到軟管固定端的極大距離與極小距離之差，干燥機(jī)轉(zhuǎn)軸徑向跳動為3mm，則△S=6mm。
由此，L=847mm，應(yīng)取整數(shù)，即L=900mm，而實(shí)際設(shè)計(jì)的金屬軟管長度為800mm，所以金屬軟管的公稱長度選擇不合理。
3.2.3 金屬軟管結(jié)構(gòu)
目前金屬波紋管可分為環(huán)形波紋管和螺旋波紋管兩種。為補(bǔ)償管道位移、安裝偏差、基礎(chǔ)沉降、吸收振動及降低噪聲等，宜選用環(huán)形波紋管金屬軟管；對壓力較高但不頻繁發(fā)生位移和振動的場合，宜選用螺旋波紋管金屬軟管；槳葉式干燥機(jī)金屬軟管的主要作用是為了補(bǔ)償管道位移和吸收振動，所以這里選擇環(huán)形波紋管。由此可知，金屬軟管的結(jié)構(gòu)選擇合理。
3.2.4 金屬軟管的連接方式
原裝金屬軟管為普通金屬軟管，該金屬軟管一端采用波紋管和編織網(wǎng)套直接與剛性翻邊焊接連接，使用過程中在焊接接口處時(shí)常出現(xiàn)破損，引起蒸汽泄漏，而泄漏點(diǎn)大都出現(xiàn)在波紋管和編織網(wǎng)套與翻邊的連接處。由此，起初只改變了波紋管和編織網(wǎng)套與法蘭的連接方式，采用波紋管口直接與法蘭連接，消除焊縫，該方式經(jīng)安裝試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)效果并不明顯。所以，金屬軟管的連接方式合理。
通過上述原因分析得出，造成金屬軟管容易破裂，引起蒸汽泄漏的主要原因有兩點(diǎn)：一是金屬軟管的設(shè)計(jì)長度不合適；二是因?yàn)楫a(chǎn)生水擊現(xiàn)象造成金屬軟管破壞。
4 處理措施
4.1 金屬軟管的長度不足處理措施
由于干燥機(jī)進(jìn)出口與管道接口已經(jīng)安裝好，為了不用對工藝管道進(jìn)行改管，只有通過對兩端剛性連接尺寸進(jìn)行縮短，增加波紋管的長度。
改進(jìn)前金屬軟管的必要長度L=847mm，取整數(shù)L=900mm才能滿足設(shè)計(jì)要求。改進(jìn)后金屬軟管的必要長度L=777mm，取整數(shù)L=800mm即可滿足設(shè)計(jì)要求。通過此種改進(jìn)方式，不僅不用增加金屬軟管的總長度，就能滿足設(shè)計(jì)長度計(jì)算要求，而且還減少了焊縫數(shù)量，減少了泄漏點(diǎn)。
4.2 水擊現(xiàn)象的處理措施
因?yàn)檎羝M(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)必然會有部分蒸汽發(fā)生相變，并且干燥機(jī)空心軸上安有很多楔形空心葉片，很難杜絕水擊現(xiàn)象產(chǎn)生，所以只要采取措施盡量降低水擊現(xiàn)象對金屬軟管的影響。因此通過在不銹鋼金屬軟管內(nèi)壁再襯一層聚四氟乙烯波紋管便可以增加金屬軟管的抗水擊性。
聚四氟乙烯（PTFE）具有極好的耐高低溫性能，溫域范圍廣，在-260℃時(shí)仍有韌性，250℃以下長時(shí)間加熱均保持優(yōu)良的力學(xué)性能。并且聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)很小，減少了流體的阻力。通過在內(nèi)壁襯聚四氟乙烯環(huán)形波紋管，相當(dāng)于達(dá)到了雙重保護(hù)的功能，即使里面聚四氟乙烯發(fā)生泄漏，外面金屬軟管自身還是能防止泄漏。
5 結(jié)束語
通過此次改進(jìn)，某廠干燥機(jī)金屬軟管的平均年消耗量由98根降為11根，造成非計(jì)劃停車次數(shù)由42次降為5次，改進(jìn)效果顯著，金屬軟管的使用壽命明顯提高，干燥機(jī)的運(yùn)行周期大大提升，裝置也得到了穩(wěn)定運(yùn)行。
