PTA装置回转真空过滤机转鼓结构优化

4 结 论
通过本文分析及实际考核运行可知 ,采用转鼓 内部加强结构来提高回转真空过滤机转鼓刚性是可 行的 。这种结构的转鼓不仅沿轴向刚度大 ,而且径 向截面的椭圆度小 ,具有明显抵抗长周期运行的变 形能力 。另外 ,采用这种结构 ,在保证转鼓直径不变 的情况下 ,可将转鼓延长 1/ 3～1/ 2 ,也不会明显降低 转鼓的整体刚性 ,为开发更大过滤面积的过滤机奠 定了基础 。
内壁沿轴向设有 6 块滤饼反吹瓦及滤布再生瓦 。为 保证滤饼反吹及滤布再生效果 ,瓦块与转鼓内壁间 隙应尽可能小 ( ≤0115mm) 。因此 ,转鼓内壁一般采 用磨削成型 ,瓦块采用聚四氟乙烯材料 。
图 1 回转真空过滤机工作原理图
根据实际运行经验 ,8 台过滤机在新投用时 ,其 转鼓内壁的椭圆度较小 ( ≤0110mm) ,且过滤性能达 到设计要求 。但经过 1 年运行后 ,由于转鼓变形 (椭 圆度 018～112mm) ,使过滤机的过滤性能下降 ,主要
L I Da2yang1 ,WU Sheng2an1 , L IU Guo2rong2
(11Chemical Plant of Yangzi Petro2Chemical Co1Ltd1Nanjing 210048 ,China ; 21Huadong Petroleum University ,Nanjing 210000 ,China) Abstract :The drum deformation problems of t he rotary vacuum filter after long time operation in P TA plant , t he optimizing struc2
收稿日期 :2002 - 08 - 21
作者简介 :李大仰 (1964 - ) ,男 ,福建古田人 ,高级工程师 ,硕士研究生 ,主要从事石油化工设备管理 。 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
(2) 载荷条件 ①重力载荷 :考虑转鼓及其附件 (筛板 、Ω 圈 、滤 布及压条) 及滤饼重量 ,并转化为转鼓材料的当量密 度ρeq = 12000kg/ m3 。 ②过滤真空度 :取系统最大的真空度 60kPa 。 ③扭矩 M :电机功率 15kW ,转速 3r/ min ,折为 扭矩 47745Nm 。 ④边界条件 :考虑真空过滤机转鼓实际工作状 态 ,为保守起见 ,取驱动端径向轴承处为径向约束 , 从动端轴承处为固定约束 。 ⑤网格划分 :考虑转鼓结构 ,选板壳单元划分网 格 ,并在结构不连续部位 (如几何突变处) 网格布置 密些 ,以保证分析精度 。具体网格参数 :单元自由度 数为 6 ;单元总数 :38248 ;节点总数 :474775 。
2 16691984850 01999991 16691953903 019999724
3 16701092405 11000055 16701200450 110000269
4 16701043700 11000026 16691945936 019999676
5 16701033533 11000020 16691965435 019999793
扬子 石 化 年 产 60 万 吨 P TA 装 置 在 CTA 及 P TA 单元分别设置 4 台水平剖分式回转真空过滤 机[1 ] (型号 : YU1700X1800 ,材质 :316L ( CTA) ;304L (P TA) ) ,每台过滤机的过滤面积为 10m2 。转鼓组 件由 转 鼓 及 内 部 中 空 轴 组 成, 转 鼓 尺 寸 <1700X1890 ,其上均布 2940 个 <30 孔 ,中空轴组件 由吸液管 、反吹气管 、滤布清洗 (再生) 管组成 ,转鼓
0100442 - 010315 - 010223 - 010311 - 010213 - 010285 010456
010644 010576 010516 010471 010436 010413 010400
- 010174 0100753 - 0100387 0100550 - 0100281 0100946 - 010149
ture for preventing drum from deformation was proposed , and t he capabilities for preventing optimized drum from radial & axial defor2 mation were analyzed by means of finite element met hod , t he conclusions were satisfactory1
- 010757 - 010278
010529
0100422
11714
- 010714 - 010279
010483
0100423
21018
- 010659 - 010271
010447
0100512
21322
- 010595 - 010260
010421
ห้องสมุดไป่ตู้
0100784
21653
- 010518 0100154
6
16691895463 019999374
由上表可以看出 ,优化结构转鼓其径向椭圆度 比原结构小 ,且与加工精度相比可以忽略不计 。
(2) 转鼓沿轴线竖直方向变形分析 转鼓沿轴向竖直变形也是衡量转鼓刚性大小的 重要指示 ,其变形大小直接影响过滤机的过滤性能 。 分析时取转鼓四个典型位置 (顶部 、底部 、前部 、后 部) ,并分别沿转鼓轴向取不同点 (如图 5 所示) ,在 联合外力作用下计算出结构优化前后转鼓竖直方向 的变形大小 。变形数据如表 2 、3 所示 。
机械 2003 年第 30 卷第 1 期
表 2 优化结构转鼓轴向典型位置变形数据表
轴向位置 ( M)
Front
变形数值 (mm)
Top
Back
Bot to m
01775 11096 11416 11714 21012 21332 21653
- 010824 - 010797 - 010764 - 010719 - 010622 - 010596 - 010524
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图 4 转鼓椭圆度分析布点图 (左 :原转鼓 ;右 :新转鼓)
表 1 转鼓结构优化前后椭圆度比较
分析 点号
1
结构优化转鼓
相应直径
椭圆度
D ( mm)
D/ 1670
16701057147 11000034
原结构转鼓
相应直径
椭圆度
D ( mm)
D/ 1670
16691894593 019999368
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·71 ·
表现为系统真空度及浆料处理能力下降 ,滤饼反吹 及滤布再生效果变差 ,碱洗 、水洗次数增加 ,滤布使 用周期缩短 。
1 过滤机转鼓结构优化
为防止或减缓过滤机转鼓在短时间运行后出现 变形现象 ,在排除转鼓制造 、安装 、使用 、维护因素 外 ,必须从转鼓结构出发来解决运行中的变形问题 。
关键词 :回转真空过滤机 ;转鼓 ;结构 ;优化 中图分类号 : TE9 文献标识码 :A 文章编号 :1006 - 0316 (2003) 01 - 0070 - 03
The Drum Structure Optimization f or Rotary Vacuum Filter in PTA Plant
Key words :rotary vacuum filter ; drum ; structure ; optimization
回转真空过滤机因其结构简单 、处理能力大 、运 行维护费用低等特点 ,因此 , 在石油化工 、食品 、医 药 、污水处理等行业得到 了 广 泛 的 应 用 。全 世 界 90 %的精对苯二甲酸 (简称 : P TA) 装置中均采用回 转真空过滤机来分离 CTA (粗对苯二甲酸) 及 P TA 浆料 ,其基本原理 (如图 1 所示) :在圆柱形转鼓外表 面镶有多孔筛板 ,筛板表面铺设滤布 ,过滤时 ,转鼓 底部浸入 P TA (或 CTA) 浆料 ,浆料受转鼓内外压差 (真空度) 驱动 ,使滤液透过滤布经吸液管排出机外 , 而滤饼则附在滤布表面 ,转鼓旋转使滤饼转出滤浆 区 ,进行脱水 、洗涤 、再脱水 ,然后进入卸饼区 ,通过 转鼓内壁反吹瓦卸除滤饼 ,滤布经清洗 (再生) 瓦进 行滤布再生 ,以完成一个过滤周期 。为保证过滤效 率 ,根据 CTA 和 P TA 物料的特性 ,要定期对滤布进 行碱洗 、水洗 ,以彻底清除滤布孔隙内的附着物 。
图 2 原过滤机转鼓简图
图 3 转鼓结构优化简图
2 转鼓刚性的有限元分析
211 转鼓有限元分析基本条件
(1) 结构条件 为便于分析 ,对转鼓结构进行必要的简化 ,建立 有限元模型 。 ①忽略转鼓驱动轴及从动轴处的结构细节 ; ② 将转鼓 筒 体 与 端 盖 的 螺 栓 联 接 认 为 是 整 体 结构 ; ③忽略转鼓结构圆角过渡的具体细节 ; ④只考虑温度对材料弹性模量 E 的影响 ,不考 虑热变形及热应力 。
经过分析 ,转鼓椭圆度超差主要是因为转鼓径向刚 性较薄弱造成的 。为增加转鼓径向刚度 ,在原转鼓 内壁增设两圈 21X60 加强圈 ,同时为避开加强圈且 保证转鼓的开孔面积 ,将转鼓开孔数增加至 3570 ,孔 径减 为 <28 , 则 新 转 鼓 开 孔 面 积 比 原 转 鼓 增 加 517 %。同时将原 6 组滤饼反吹瓦及滤布再生瓦合 并为 3 组 ,其它尺寸不变以保证新老转鼓的互换性 。 新老转鼓如图 2 、3 所示 。
图 5 转鼓竖直方向变形分析点分布图
表 3 原转鼓轴向典型位置变形数据表
轴向位置 ( M)
Front
变形数值 (mm)
Top
Back
Bot to m
01775
- 010816 0100567
010652
- 0101710
11106
- 010791 - 010277
010585
0100600
1141
·70 · 维修与改造
机械 2003 年第 30 卷第 1 期
P TA 装置回转真空过滤机转鼓结构优化
李大仰1 ,吴省安1 ,刘国荣2
(11 扬子石化股份有限公司化工厂 ,江苏 南京 210048 ; 21 华东石油大学 ,江苏 南京 210000)
摘要 :简要介绍了 PTA 装置回转真空过滤机长周期运行中存在的转鼓变形问题 ,提出了防止转鼓变形的优化结构 ,并通过 有限元方法对优化结构的转鼓径向 、轴向防变形能力进行分析 ,取得了令人满意的效果 。
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·72 ·
212 有限元分析结果
(1) 转鼓跨中截面的椭圆度分析 转鼓椭圆度大小是衡量转鼓刚度大小的最重要 指标 ,也是反映转鼓抗长周期运行变形的能力 。分 析时取转鼓跨中截面 5 、6 个方位作为分析点 (如图 4 所示) ,并以转鼓内径 (<1670) 为基准点 ,计算出结构 优化前后跨中截面的椭圆度 (如表 1 所示) 。
010403
- 010152
由表 2 、表 3 数据可以看出 ,结构优化前后转鼓 沿轴向变形数据均较小 。
3 优化结构转鼓的应用
根据以上分析结果及结构优化方案 ,我们重新 设计制造一台新的转鼓组件 ,新转鼓内壁径向最大 跳动量 0108mm ,于 2001 年 8 月投入运行 ,运行一年 后测得转鼓内壁最大跳动量为 0110mm ,未发现明显 的变形现象 ,而原结构的转鼓在运行一年后 ,转鼓内 壁平均跳动量达到 0145～0150mm ,说明结构优化后 的过滤机转鼓其防变形能力大为提高 。