Аппарат с мешалкой: как выбрать мешалку, корпус, обогрев и уплотнение вала

Аппарат с мешалкой — ёмкость с механическим перемешивающим устройством: корпус, мешалка на валу, привод с электродвигателем, уплотнение вала, теплообменное устройство и опоры. В таких аппаратах перемешивают среды, чтобы ускорить физико-химические процессы, и готовят растворы, суспензии и эмульсии.

Каждый узел выбирают по своему параметру: мешалку — по вязкости среды, корпус и обогрев — по процессу и давлению, уплотнение и привод — по взрывоопасности. Разберём по порядку на нормах ГОСТ 20680-2002 и наших технических условиях.

Сначала — подходит ли аппарат под стандарт

ГОСТ 20680-2002 распространяется на стальные аппараты номинальным объёмом от 0,01 до 100 м³ для процессов в жидких средах плотностью до 2000 кг/м³ и вязкостью не более 200 Па·с, при рабочей температуре от −40 до +350 °C и рабочем избыточном давлении не более 6,3 МПа, а также на аппараты без давления и под вакуумом с остаточным давлением не ниже 665 Па. На аппараты с эмалевым покрытием, из чугуна и неметаллических материалов, а также обогреваемые топочными газами или открытым пламенем стандарт не распространяется.

Наши технические условия на аппараты с перемешивающими устройствами охватывают больше: вместимость корпуса до 250 м³, рубашки — до 8 м³, рабочее давление до 16 МПа, расчётный срок службы до 20 лет при 1000 циклах нагружения за весь срок. Если параметры выходят за рамки ГОСТ 20680-2002, но укладываются в эти пределы, аппарат делают по нашим техническим условиям и проекту.

Шаг 1. Мешалка — по вязкости среды

ГОСТ 20680-2002 делит мешалки по вязкости среды на две группы. Граница — 50 Па·с:

• не более 50 Па·с — трёхлопастные (в том числе модифицированные), лопастные, зубчатые, шестилопастные, турбинные открытые и рамные;
• более 50 Па·с — шнековые, ленточные и ленточные со скребками.

Поэтому вязкость — первое, что нужно знать. В опросном листе наших технических условий отдельного поля для неё нет, и её часто забывают; впишите вязкость при рабочей температуре в поле состава среды. Пригодится и плотность, и склонность к кристаллизации — эти поля в опросном листе есть, — а если в среде есть твёрдые частицы, их размер.

Шаг 2. Корпус: днище, крышка и доступ внутрь

ГОСТ 20680-2002 даёт десять типов корпуса — от 0 до 9. Они различаются тремя признаками: крышка отъёмная или корпус цельносварной; днище эллиптическое, коническое с углом при вершине 90° или 120° либо плоское; крышка эллиптическая или плоская.

Тип корпуса — первое поле условного обозначения аппарата по ГОСТ 20680-2002; за ним идут исполнение теплообменного устройства, номинальный объём, давление в корпусе, группа материала корпуса, тип уплотнения вала, исполнение двигателя по взрывозащите и климатическое исполнение. Пример из наших проектов: у вертикальной ёмкости на 20 м³ по типу бака-мерника — коническое днище и плоская крышка, мотор-редуктор стоит на крышке; у аппарата на 25 м³ — эллиптические днища.

Шаг 3. Обогрев или охлаждение — и давление в двух полостях

По ГОСТ 20680-2002 теплообменное устройство бывает пяти исполнений: 0 — без него, 1 — гладкая рубашка, 2 — рубашка из полутруб, 3 — рубашка с вмятинами, 4 — электронагреватель.

Рубашка — отдельная полость со своими давлением и температурой: в опросном листе наших ТУ для них есть отдельная колонка «в теплообменном устройстве». Пример из наших документов: у аппарата на 25 м³ корпус работает при 0,1 МПа и рассчитан на 0,5 МПа, а наружный подогреватель на паре — при 1,05–1,2 МПа и рассчитан на 1,6 МПа и 300 °C. Группы по ГОСТ 34347-2017 у полостей разные: у корпуса 1-я, у подогревателя 3-я — а значит, по таблице 19 радиографией или ультразвуком проверяют не менее 100 % и не менее 50 % длины доступных для контроля стыковых, угловых и тавровых сварных соединений.

Если аппарат будут пропаривать, укажите параметры пара: в документах аппарата на 25 м³ они записаны отдельной строкой — рабочие 1,05–1,2 МПа и 180–210 °C, расчётные 1,6 МПа и 300 °C.

Шаг 4. Уплотнение вала и привод — по взрывоопасности

В обозначении аппарата по нашим техническим условиям отдельно задают тип уплотнения вала — Т торцовое или С сальниковое — и исполнение электродвигателя привода по взрывозащите. Для этого заводу нужны класс опасности среды, её взрывоопасность и класс по ПУЭ места, где будет стоять аппарат.

Так, для среды с керосином, взрывоопасностью IIA, T3 и зоной класса В-1г по ПУЭ у нашего аппарата на 25 м³ стоит торцовое уплотнение и взрывозащищённый двигатель мощностью 5,5 кВт со степенью защиты IP65.

Шаг 5. Материалы — по частям аппарата

Опросный лист разделяет материалы: корпус, детали в контакте со средой, детали без контакта со средой (например, рубашка) и прокладки. Это позволяет не делать весь аппарат из дорогой стали: у нашего аппарата на 25 м³ корпус из 09Г2С, детали, соприкасающиеся с перемешиваемой средой, — из нержавеющей AISI 304, подогреватель — из трубы стали 20, прокладки — спирально-навитые с графитовым наполнителем.

Прибавку на коррозию тоже задают по полостям: у того же аппарата — 3,0 мм для корпуса и 2,0 мм для подогревателя.

Пример: аппарат с перемешивающим устройством на 25 м³

Задача: приготовление концентрата присадки. Среда — керосин с компонентами присадки, жидкость плотностью 772,7–802 кг/м³ и вязкостью 0,73–1,25 сП, легковоспламеняющаяся, класс опасности 4, без кристаллизации, с частицами до 4 мм. Рабочая температура в корпусе — 40–70 °C, подогрев паром.

Решение по документам: вертикальный аппарат ВЭЭ на цилиндрической опоре, турбинная мешалка с отражательными перегородками — вязкость далеко ниже границы ГОСТ в 50 Па·с; наружные подогреватели на корпусе и днище с поверхностью 4,5 и 2,1 м²; торцовое уплотнение; минимальная температура стенки под давлением −26 °C. Аппарат подлежит учёту в Ростехнадзоре. Масса пустого аппарата — 9157 кг, из них перемешивающее устройство — 1157 кг; при гидроиспытании — 33000 кг.

Что проверить при приёмке

ГОСТ 20680-2002 задаёт показатели надёжности и температуру подшипников. При пуске можно проверить температуру корпусов подшипников: после часа работы — не более 70 °C. Средний ресурс до капитального ремонта — не менее 37500 часов, средний срок службы — не менее 10 лет; те же значения повторяют наши ТУ. Гарантия по ГОСТ — 18 месяцев со дня ввода в эксплуатацию, но не позднее 24 месяцев со дня отгрузки.

Типичные ошибки и что указать в опросном листе

• Не указана вязкость — без неё не выбрать тип мешалки.
• Одно давление на весь аппарат — нужно отдельно для корпуса и рубашки или подогревателя.
• Не указаны взрывоопасность среды и класс зоны — от них зависят уплотнение вала и исполнение двигателя.
• Материал «нержавейка» на весь аппарат — вместо раздельного выбора для корпуса, деталей в контакте со средой и прокладок.
• Не указаны пропарка и твёрдые частицы в среде.

Если сомневаетесь в типе мешалки или исполнении аппарата — скачайте опросный лист, укажите в нём вязкость среды и приложите к заявке — инженеры ПЗЭМ разберут условия и предложат решение.