断裂烷基化

烷基化装置是化工生产中的一种常用设备，以炼油为例，烷基化装置之中，在氢氟酸、磺酸等催化剂的作用下，异丁烷、低分子量烯烃结合起来，从而生成烷基化物。烷基化装置运行过程中，由于受到介质、生产工艺以及烷基化装置本身质量等因素的影响，导致反应器搅拌机转轴断裂问题时有发生，极易造成严重的损失。

烷基化反应器搅拌机转轴断裂故障的原因分析烷基化装置中，反应器搅拌机是一个关键的设备，也是日常检查维护的重点部位。通过对此次烷基化反应器搅拌机转轴断裂故障的基本情况进行研究分析发现，在故障发生之前，反应器的运转声音、轴承温度以及电机振动指标均处于正常状态。因此，可以排除叶轮转轴、电机轴不同心，导致径向载荷增加、轴上弯矩加大而导致转轴断裂的可能性。发生故障的时候，搅拌机电流骤降，因此，可以推断，反应器搅拌机转轴为瞬间断裂。对烷基化装置进行拆修发现，叶轮无磨损，转轴、断口无腐蚀，且无裂缝出现，断口光滑，由此可判断，反应器搅拌机转轴断裂为脆性断口，同时对断口进行观察，未发现裂纹、夹渣以及气孔，因此，可以排除因转轴材质缺陷而导致断裂的可能性。

反应器搅拌机转轴断裂的位置在叶轮键槽根部上方2 厘米处，这是转轴上最薄弱的部位，也就是应力集中部位，因此，初步确定为应力疲劳损坏而导致的断裂。叶轮键槽根部，应力比较集中，由于经过一段时间的运转，受到疲劳因素的影响，导致转轴上出现裂纹，其尺寸达到临界尺寸的时候，便会出现低应力脆断。综合分析，反应器搅拌机转轴断裂的发生机理为应力疲劳断裂，是在叶轮键槽根部这一应力集中部位出现的断裂，其原因主要有 ：第一，叶轮键槽根部位置的加工质量相对较差，再加上应力集中，从而容易出现裂纹，并不断扩大 ；第二，工艺方面来看，操作变化大，导致叶轮搅拌负载交变 ；第三，叶轮的搅拌介质是酸烃，瞬间启动电机，导致转轴承受了巨大的运行力矩 ；第四，转轴键槽位置存在制造缺陷，或过渡圆角质量不合格。1

断裂故障的处理对策首先，烷基化反应器搅拌机转轴断裂故障发生之后，更换新转轴，并测量转轴尺寸，制作备用转轴，对叶轮键槽过渡圆角的质量进行重点控制。转轴结构设计中，应尽可能地避免截面突变、缺口、尖角的出现，也就是要将原有的棱角设计为过度圆角，将过渡圆弧半径适当加大，避免应力集中而导致的疲劳裂纹。除此之外，应尽可能地加强转轴轴表面的质量，以达到减少疲劳源的目的。

其次，进行表面强化处理。采取滚压、氮化、喷丸等技术对反应器搅拌机转轴进行处理，提高转轴的抗疲劳强度，以避免疲劳裂纹的出现。

再次，对烷基化反应器搅拌机转轴进行安装与维修的时候，应对其位置进行仔细调整，确保两轴同心，并确保装配精度。反应器搅拌机转轴出现断裂，叶轮的径向力会传输给搅拌机的输入端，若径向力同时超过两者的最大径向负荷，便有可能使搅拌机的输入端发生变形、断裂故障。基于此，在更换新转轴的时候，应确保同心度。

最后，在工艺方面，应尽量保持平稳操作，避免操作波动以及瞬时启动，以预防反应器中介质粘度、密度的大幅变化给转轴造成的冲击，以减少转轴负荷，避免转轴断裂问题的出现。1

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李航 - 副教授 - 西南大学