乙烯裂解急冷油過(guò)濾器機(jī)械密封失效原因分析

顧建軍(寧波鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司北侖分公司，浙江 寧波 315200)

0 引言

某煉廠乙烯裂解急冷油過(guò)濾器(電動(dòng)刮刷)，位號(hào)：FD-155A、B、C，北京華昌豐設(shè)計(jì)公司組裝，是乙烯列解裝置的重要設(shè)備之一，但該設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械密封使用壽命短，兩年內(nèi)已更換機(jī)械密封7 套，平均壽命90 天，密封失效都是因?yàn)殪o環(huán)碎或裂引起的。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)備參數(shù)

急冷油旋液過(guò)濾器參數(shù)參見(jiàn)表1。

表1 急冷油旋液過(guò)濾器及設(shè)備參數(shù)

1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 急冷油過(guò)濾器裝配圖

如圖1 所示，該設(shè)備由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)，通過(guò)二級(jí)直聯(lián)行星減速機(jī)將1450RPM 輸入轉(zhuǎn)速減到5RPM，再通過(guò)拔叉帶動(dòng)刮刷轉(zhuǎn)動(dòng)。該設(shè)備是作為過(guò)濾器使用，急冷油塔底物料從N1 進(jìn)入，潔凈的急冷油通過(guò)濾筒從N2 流出，焦粉附著在濾筒上，電動(dòng)刮刷將濾筒上焦粉刮下，由于重力的作用焦粉向容器底部沉降，定期將焦粉從N11 口清除。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

該設(shè)備運(yùn)行周期短，且主要的原因是機(jī)械密封壽命短，每次檢查拆出后的機(jī)械密封，都是同樣的故障現(xiàn)象，靜環(huán)碎裂，如圖2 所示。

圖2 故障損壞的機(jī)械密封

2.2 原因分析

為了找到機(jī)械密封密封靜環(huán)碎的真實(shí)原因，我們從機(jī)械密封的本身、轉(zhuǎn)子、軸承箱等方面分析，發(fā)現(xiàn)軸承箱設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的缺陷，具體分析如下：

(1)該軸承箱結(jié)構(gòu)只能對(duì)轉(zhuǎn)子向下方向進(jìn)行限位。

(2)徑向軸承承受全部的軸向力。從圖3 分析可知，如轉(zhuǎn)子軸向力向下，設(shè)計(jì)沒(méi)有缺陷；如軸向力下上，軸承的裝配設(shè)計(jì)存在重大缺陷，止推軸承將軸向力傳遞給調(diào)整墊，調(diào)整墊將軸向力傳遞給徑向軸承內(nèi)圈，再通過(guò)徑向軸承滾子傳遞給外圈，所有的軸向力都作用在徑向軸承上，推力軸承就失去力存在的意義。

圖3 改造前軸承箱示意圖

(3)雖然該軸承箱結(jié)構(gòu)也能承受向上的軸向力，但無(wú)法對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行向上方向的限位，即在實(shí)際工作中受到向上的軸向力作用，則無(wú)法限制轉(zhuǎn)子向上與軸承內(nèi)圈之間產(chǎn)生滑移。

(4)設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中，產(chǎn)生向上的軸向力(根據(jù)設(shè)備的工作壓力在1-1.23MPa 之間)，計(jì)算過(guò)程如下：

當(dāng)壓力為1MPa 時(shí)

計(jì)算得出設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生向上的軸向力，大小在6.35～7.82KN 之間，轉(zhuǎn)子的自重50kg，可以忽略不計(jì)。

正因?yàn)檗D(zhuǎn)子在實(shí)際工作中是向上運(yùn)動(dòng)的，而廠家在出廠設(shè)計(jì)時(shí)未考慮這一因素，致使轉(zhuǎn)子在向上運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行限制，從而使轉(zhuǎn)子在工作時(shí)向上移動(dòng)，使機(jī)械密封的壓縮量逐漸增大，直至彈簧壓死，最終導(dǎo)致機(jī)械密封碎裂。

3 處理措施

通過(guò)故障原因的分析，我們的改造方向很明確：(1)阻止轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)向上滑移；(2)軸向力都由推力軸承承擔(dān)。

圖4 改造后軸承箱示意圖

具體改造方案如圖4，在推力軸承下方增加擋圈，這樣轉(zhuǎn)子就有了向上的定位；增大兩軸承之間調(diào)整墊的直徑，使得轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)下，軸向力傳遞：擋圈傳遞給推力軸承推力軸承傳遞給調(diào)整墊，調(diào)整墊傳遞給徑向軸承外圈，最后作用在軸承箱壓蓋上，徑向軸承沒(méi)有承受軸向力。

(1)改造后的調(diào)整墊加工圖，如圖5 所示。

圖5 改造后的調(diào)整墊加工

(2)擋圈組件的設(shè)計(jì)：在軸上開(kāi)一道深5mm，寬5mm 的槽，同時(shí)加工一個(gè)φ85mm×φ95mm×5mm 的環(huán)，將環(huán)沿徑向分成二半，鑲嵌入軸上的槽中，然后將分成二半的環(huán)焊接成整體，最后機(jī)加工成圓環(huán)(即人為的在軸上增加一個(gè)定位臺(tái)階)。如圖6 所示。

圖6 增加軸臺(tái)階加工圖紙

(3)原軸承壓蓋間隙為2mm，改為0.05～0.10mm 之間。

4 強(qiáng)度校核

(1)擋圈強(qiáng)度校核。當(dāng)圈主要承受剪切力

查得45#的的[τ]鋼許用抗剪強(qiáng)度為178MPa，得τMax＜[τ]即，符合強(qiáng)度要求。

(2)軸承箱壓蓋螺栓的強(qiáng)度校核。

壓蓋螺栓為M12，共6 顆。

以螺栓承受最大的拉伸載荷進(jìn)行計(jì)算，

因?yàn)椋间撛贛10-M16 之間的靜載荷安全系數(shù)為5-4，以5 進(jìn)行校何：壓蓋螺栓材料為45#鋼，其抗拉許用應(yīng)力為[σ]為600MPa。

所以，壓蓋螺栓可以承受設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力。

5 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)備本身并沒(méi)有缺陷，但是放到我們這個(gè)特定的工作環(huán)境中就存在很大的問(wèn)題。首先作為電動(dòng)刮刷的傳動(dòng)軸，設(shè)計(jì)時(shí)根本就不會(huì)考慮運(yùn)行時(shí)會(huì)有向上的軸向力存在，所以在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)子向上的限位。同時(shí)，導(dǎo)致徑向軸承承擔(dān)了所有的軸向力，降低了軸承的使用壽命。通過(guò)改造，設(shè)備缺陷已經(jīng)完全消除，保證設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行。