裂解爐引風(fēng)機(jī)用軸承故障原因分析

薄建民 白 婧

（1.惠生工程（中國）有限公司北京分公司；2.北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院）

引風(fēng)機(jī)（ID FAN）是乙烯裂解爐的關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備，其作用是提供長時(shí)間、穩(wěn)定的抽力，以維持乙烯裂解爐爐膛負(fù)壓穩(wěn)定、 保障燃料的正常燃燒。引風(fēng)機(jī)一旦出現(xiàn)故障不僅會(huì)導(dǎo)致裂解爐爐膛負(fù)壓聯(lián)鎖跳車、燃料氣及物料突然中斷等，甚至還可能因堆積的大量熱量無法排出爐膛而導(dǎo)致爐內(nèi)金屬件、爐襯等部件損毀。 物料中斷還可能會(huì)導(dǎo)致爐管中不流動(dòng)的物料結(jié)焦、堵塞爐管，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

造成風(fēng)機(jī)事故的原因一般為風(fēng)機(jī)電機(jī)系統(tǒng)故障和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障。 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障常為風(fēng)機(jī)主軸振動(dòng)、主軸軸承超溫失效等。

1 問題的提出

某廠乙烯裝置EF-111H 裂解爐引風(fēng)機(jī)在某日 （環(huán)境溫度為-6℃左右） 風(fēng)機(jī)軸承突然極速升溫，在中心控制室操作畫面中發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)軸承發(fā)生溫度大幅波動(dòng)，18:44 風(fēng)機(jī)軸承溫度驟升到69.9℃，18:46 風(fēng)機(jī)軸承溫度再次驟升到106.0℃。此時(shí)不得不采取果斷措施， 使裂解爐緊急停車，后來拆開軸承座后發(fā)現(xiàn)軸承已損毀，因發(fā)現(xiàn)及時(shí)且處理得當(dāng)，風(fēng)機(jī)主軸未被完全破壞，情況如圖1所示。

圖1 裂解爐風(fēng)機(jī)軸承損毀拆解情況

按照風(fēng)機(jī)軸承使用說明：軸承溫升不得高于40℃， 軸承表溫不超過70℃。 事故軸承溫升為112℃，軸承表溫106℃。 初步判斷是軸承的潤滑和安裝出了問題。

2 問題分析

2.1 風(fēng)機(jī)原始設(shè)計(jì)情況

風(fēng)機(jī)原始設(shè)計(jì)采用雙進(jìn)氣、 離心式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 490r/min。如圖2 所示，風(fēng)機(jī)側(cè)采用滾動(dòng)軸承支撐，滾動(dòng)軸承為進(jìn)口瑞典SKF 軸承。 電機(jī)側(cè)止推端軸承為22224CC/W33 雙列球面滾子軸承，支撐端軸承選用C3224/C3 型carb 軸承。軸承采用脂潤滑，潤滑脂使用溫度-40～150℃，潤滑脂牌號(hào)為SKF 型號(hào)LGHQ3（復(fù)合鋰基脂）。 組裝后進(jìn)行機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)， 軸承溫升穩(wěn)定后運(yùn)轉(zhuǎn)20min軸承溫升不大于40℃，軸承箱振動(dòng)速度有效值為4mm/s。

圖2 風(fēng)機(jī)裝配圖

2.2 軸承的潤滑問題

滾動(dòng)軸承常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩種，此外也有使用固體潤滑劑的。 潤滑油通常使用礦物油，其潤滑性能優(yōu)于潤滑脂，特別是在高速、高溫的情況下。 潤滑脂比潤滑油粘稠，適用于低速、 軸徑圓周速度不大于 4～5m/s 的場(chǎng)合［1］。然而，EF-111H 裂解爐引風(fēng)機(jī)軸徑的圓周速度v=9.44m/s。

風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)應(yīng)按《EF-111H 裂解爐改造引風(fēng)機(jī)技術(shù)條件附件》 中要求的API 560［2］等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 API 560 第 11.12.1 中規(guī)定：“Unless otherwise specified，bearing and bearing housings shall be arranged for hydrocarbon oil lubrication in accordance with the bearing mannfacture’s recommendation.Grease packed anti-friction bearing shall not be provided without purchaser’s approval.”意思是，除非買方另有規(guī)定外，軸承和軸承箱應(yīng)按軸承制造商的推薦，配置烴類潤滑油潤滑。 未經(jīng)買方同意，不得使用油脂潤滑的滾動(dòng)軸承。

潤滑脂的充填量規(guī)定為： 當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速η＜1500r/min 時(shí)，充填量為軸承腔空間的 2/3；當(dāng)η＞1500r/min 時(shí)，充填量為軸承腔空間的 1/3～1/2。EF-111H 裂解爐引風(fēng)機(jī)η=1490r/min，幾乎就位于分界點(diǎn)上，所以如果充填量取軸承腔空間的1/2，則潤滑脂重量約為650g；如果充填量取軸承腔空間的2/3，則其重量約為858g，然而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際填充量為1 000g，超出142g。可見，潤滑劑并非越多越好，過多的油脂反而阻礙了軸承散熱。

2.3 風(fēng)機(jī)側(cè)安裝軸承時(shí)冷態(tài)膨脹量預(yù)留不足

從圖2 中可以確認(rèn)風(fēng)機(jī)主軸的冷態(tài)位置，事故后軸承內(nèi)環(huán)已超出其外環(huán)約10mm 以上（冷態(tài)時(shí)應(yīng)縮入外環(huán)內(nèi)）。 可以推斷出：操作時(shí)熱態(tài)情況下，主軸位移量已大于16mm。 問題應(yīng)該出在軸承安裝時(shí)冷態(tài)膨脹量預(yù)留不足上，外環(huán)應(yīng)超出內(nèi)環(huán)約10mm 左右， 確切值應(yīng)以軸承說明書為準(zhǔn)。 即當(dāng)軸承安裝到主軸上之后，應(yīng)將軸承外環(huán)向遠(yuǎn)離電機(jī)側(cè)拉出約10mm 左右，保持這種狀態(tài)，再將這種狀態(tài)的轉(zhuǎn)子小心裝入軸承座。 正常操作時(shí)，受熱的主軸會(huì)推動(dòng)內(nèi)環(huán)回到正常位置。 從圖2 可以看出，主軸熱膨脹已受阻礙，這會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)軸承同時(shí)受到主軸的推力，在推力的作用下因過度摩擦發(fā)熱而導(dǎo)致軸承損毀。

3 結(jié)束語

引風(fēng)機(jī)發(fā)生故障后，停車更換軸承和裂解爐期間造成的費(fèi)用、損失包括：將整臺(tái)重達(dá)15t 的引風(fēng)機(jī)從爐頂平臺(tái)拆除后用吊車吊到地面，更換新軸承后吊回恢復(fù)原位，再做軸動(dòng)平衡、振動(dòng)等調(diào)試，全部費(fèi)用約15 萬元。 另外，裂解爐停車5 天來完成上述工作，乙烯年產(chǎn)量按12 萬噸計(jì)算，則操作8 000h 折算損失約為0.18 萬噸。 而故障原因僅僅是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)軸承的潤滑不當(dāng)和安裝不規(guī)范。

風(fēng)機(jī)軸承超溫是引風(fēng)機(jī)常見、多發(fā)故障。 根據(jù)對(duì)故障數(shù)據(jù)的具體分析， 通過對(duì)軸承的設(shè)計(jì)、選型、潤滑方式和操作維護(hù)的研究，為保證設(shè)備的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，避免發(fā)生同類事故，應(yīng)注意以下3 點(diǎn)：

a.軸承潤滑介質(zhì)應(yīng)選用稀油潤滑；

b.軸承潤滑介質(zhì)注入量應(yīng)嚴(yán)格按供貨商推薦的數(shù)量；

c.冷態(tài)安裝軸承時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照軸的實(shí)際工作環(huán)境等預(yù)留出足夠的熱膨脹量。