槳葉式干燥機金屬軟管失效原因分析及改進
技術支持
槳葉式干燥機是一種以熱傳導為主的臥式攪拌型連續(xù)干燥設備。由于該設備干燥時所需的熱量依靠熱傳導間接加熱，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)能型干燥設備。它適合對顆粒狀和粉末狀物料進行干燥，也能對膏狀物料進行干燥。近年來，隨著國內技術的逐步成熟，該設備已廣泛應用于化工、農產品加工等行業(yè)。
1 槳葉式干燥機
槳葉式干燥機主要由機體、上蓋、空心轉軸、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（蒸汽）通入槳葉軸、槳葉和殼體夾套中；物料由進料口加入，充滿楔形葉片的空隙，在槳葉軸的轉動下，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入空心轉軸中，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成形、焊接等工藝制成。波紋管橫向受力時，由于濾紋幾何形狀的改變產生較大的彎曲變形，使金屬軟管具有較大的撓性。網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。它不僅要分擔軟管軸向、徑向上的靜負荷和流體產生的脈動負荷，而且要保護波紋部分不受外來的機械損傷。只有編織網套完好，波紋管才能承受較高的壓力。網套和波紋管通過接頭用釬焊的方法聯為一體，以便與其他管件聯接。
3 金屬軟管泄露原因分析
3.1 工藝方面
3.1.1 金屬軟管設計壓力選擇
干燥機的金屬軟管輸送介質為S6蒸汽和蒸汽冷凝液，實際工作壓力在0.2～0.6MPa之間調節(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；Po：工作壓力，MPa；PN：公稱壓力，MPa。
已知，Po≥0.6MPa；波紋管、網套材料的溫度修正系數為K=0.75，即PN=Po/K≥0.6/0.75≥0.8MPa。根據壓力等級劃分，PN=1.0MPa較合適。原裝金屬軟管設計壓力為1.0MPa，滿足使用要求。
3.1.2 水擊現象
干燥機金屬軟管輸送的蒸汽進入干燥機后由于傳熱作用，部分蒸汽迅速冷卻成水，管道內一部分是水，一部分是蒸汽，使得流動不均勻，造成管道受力不均，必然產生管道振動，即發(fā)生水擊。水擊現象是由于介質流動狀態(tài)忽然改變，管內流體動量發(fā)生變化而產生的壓力瞬變過程，是管內不穩(wěn)定流動所引起的一種特殊振蕩現象。急劇升降的壓力波通過管路傳遞時產生一種猶如用錘子敲擊管路時發(fā)出的噪音，因此亦稱為水錘。當水擊發(fā)生時，會對管道與其相連設備的安全產生危害，特別對管道的彎管段，受到的沖擊力相當強烈，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，水擊現象是造成金屬軟管破損泄露的主要原因之一。
3.2 設備方面
3.2.1 金屬軟管的實際彎曲半徑
金屬軟管的實際彎曲半徑R=K×Rs，Rs為軟管許用彎曲半徑，K為經驗系數。若K值選得太小，軟管經反復彎曲，易產生疲勞破壞和應力集中；若K值太大，則會引起材料浪費并給布置帶來困難，因此，K值一般在1.0～2.2范圍內選取。針對無振動、無反復彎曲的狀況，可選Rs=Rj（靜態(tài)彎曲半徑）；或者對于無振動、有反復彎曲的情況，可選Rs=fRj（f=1.5～2.0，f為安全系數）；或者對于有振動、無反復彎曲的情況，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；并根據現場的工作條件，金屬軟管基本無振動，只存在偶然卡料振動的情況，干燥機轉軸跳動幅度不超過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。經驗系數K取中間值1.6即可，實際彎曲半徑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，現場尺量l1=127mm；l2：金屬軟管法蘭端剛性長度，mm，現場尺量l2=90mm；R：金屬軟管實際彎曲半徑，mm，計算出R=624mm；△S：位移量，即中心軸轉動時，軸中心點到軟管固定端的極大距離與極小距離之差，干燥機轉軸徑向跳動為3mm，則△S=6mm。
由此，L=847mm，應取整數，即L=900mm，而實際設計的金屬軟管長度為800mm，所以金屬軟管的公稱長度選擇不合理。
3.2.3 金屬軟管結構
目前金屬波紋管可分為環(huán)形波紋管和螺旋波紋管兩種。為補償管道位移、安裝偏差、基礎沉降、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；槳葉式干燥機金屬軟管的主要作用是為了補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，金屬軟管的結構選擇合理。
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套直接與剛性翻邊焊接連接，使用過程中在焊接接口處時常出現破損，引起蒸汽泄漏，而泄漏點大都出現在波紋管和編織網套與翻邊的連接處。由此，起初只改變了波紋管和編織網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，該方式經安裝試運行后發(fā)現效果并不明顯。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：一是金屬軟管的設計長度不合適；二是因為產生水擊現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
由于干燥機進出口與管道接口已經安裝好，為了不用對工藝管道進行改管，只有通過對兩端剛性連接尺寸進行縮短，增加波紋管的長度。
改進前金屬軟管的必要長度L=847mm，取整數L=900mm才能滿足設計要求。改進后金屬軟管的必要長度L=777mm，取整數L=800mm即可滿足設計要求。通過此種改進方式，不僅不用增加金屬軟管的總長度，就能滿足設計長度計算要求，而且還減少了焊縫數量，減少了泄漏點。
4.2 水擊現象的處理措施
因為蒸汽進入干燥機內必然會有部分蒸汽發(fā)生相變，并且干燥機空心軸上安有很多楔形空心葉片，很難杜絕水擊現象產生，所以只要采取措施盡量降低水擊現象對金屬軟管的影響。因此通過在不銹鋼金屬軟管內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℃時仍有韌性，250℃以下長時間加熱均保持優(yōu)良的力學性能。并且聚四氟乙烯的摩擦系數很小，減少了流體的阻力。通過在內壁襯聚四氟乙烯環(huán)形波紋管，相當于達到了雙重保護的功能，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 結束語
通過此次改進，某廠干燥機金屬軟管的平均年消耗量由98根降為11根，造成非計劃停車次數由42次降為5次，改進效果顯著，金屬軟管的使用壽命明顯提高，干燥機的運行周期大大提升，裝置也得到了穩(wěn)定運行。
