曼型煤氣柜活塞旋轉(zhuǎn)及密封油泄漏問題分析及處理

馬金龍，方 釗，劉 剛，崔化師，王利軍，崔洪民

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

1 概述

煤氣柜在煤氣系統(tǒng)中主要起到穩(wěn)定煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)的作用，并持續(xù)穩(wěn)定向用戶供送氣源。首鋼股份公司的2 號(hào)15 萬m3焦?fàn)t煤氣柜為曼型煤氣柜，直徑53.629 m，底座面積2233 m2，側(cè)板高度85.96 m，總高度90.797 m，氣柜儲(chǔ)氣壓力5.8～6.2 kPa。該氣柜由柜底板、24 根H 型鋼立柱及鋼制側(cè)板、密封系統(tǒng)、柜頂系統(tǒng)、活塞系統(tǒng)、電梯井和配套工藝管線組成。其中煤氣柜的密封機(jī)構(gòu)是由滑板、滑塊、彈簧、套筒、帆布、木件、隔倉裝置、懸掛裝置、連通管和活塞內(nèi)靜止油箱等組成，密封機(jī)構(gòu)和油水分離器是密封系統(tǒng)的主要部件，是日常檢修維護(hù)的重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象。

氣柜運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)由活塞上的密封系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)據(jù)體現(xiàn)，活塞傾斜、活塞旋轉(zhuǎn)、油泵啟動(dòng)次數(shù)等是主要運(yùn)行指標(biāo)。該氣柜有效容積15萬m3，此煤氣柜在運(yùn)行中密封油泄漏快，8 臺(tái)油泵長(zhǎng)期運(yùn)行供油（單泵運(yùn)行時(shí)間平均750 min/d），同時(shí)氣柜運(yùn)行中活塞旋轉(zhuǎn)問題突出，嚴(yán)重影響到煤氣柜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為避免因活塞油位快速下降，防回轉(zhuǎn)裝置失效造成氣柜跑氣事故發(fā)生，該氣柜被迫退出運(yùn)行進(jìn)行檢修處理。

2 氣柜故障分析

2.1 煤氣柜運(yùn)行中活塞旋轉(zhuǎn)

針對(duì)氣柜活塞出現(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)問題，2016 年進(jìn)行了檢修，運(yùn)行8 個(gè)月后防旋轉(zhuǎn)滑塊磨損減少10 mm，更換新滑塊運(yùn)行3個(gè)月時(shí)間里又磨損掉約8 mm，活塞旋轉(zhuǎn)問題越來越嚴(yán)重。從導(dǎo)輪在立柱的運(yùn)行軌跡來看，導(dǎo)輪運(yùn)行中未在導(dǎo)軌中心位置上，80%的導(dǎo)輪均在軌道右側(cè)行走，且導(dǎo)輪兩側(cè)面垂直度較差，垂直度偏差超出設(shè)計(jì)要求，使活塞運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較大的水平切向力，導(dǎo)致活塞整體出現(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。隨著煤氣柜運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)和輪面磨損的加劇，導(dǎo)致活塞旋轉(zhuǎn)傾向愈發(fā)嚴(yán)重。

檢修前，對(duì)氣柜活塞全行程行走檢查，活塞升至40 m 過程中旋轉(zhuǎn)量較小，防回轉(zhuǎn)裝置與導(dǎo)軌輕微接觸，導(dǎo)輪與軌道間存在一定間隙。40 m至54 m間活塞旋轉(zhuǎn)量增大，防回轉(zhuǎn)裝置與導(dǎo)軌出現(xiàn)接觸磨損情況，導(dǎo)輪與軌道接觸緊密（無間隙）。從活塞整個(gè)行走過程分析，防回轉(zhuǎn)裝置基準(zhǔn)位置與初始安裝位置發(fā)生改變。活塞在40 m至54 m間旋轉(zhuǎn)嚴(yán)重問題，說明此段氣柜直徑偏小，彈簧導(dǎo)輪補(bǔ)償量達(dá)不到補(bǔ)償要求，同時(shí)導(dǎo)輪垂直度存在偏差，當(dāng)導(dǎo)輪與軌道的緊密接觸后，產(chǎn)生較大的切向力，導(dǎo)致活塞出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)問題。

2.2 密封油泄漏原因分析

（1）密封滑板變形

煤氣柜密封機(jī)構(gòu)的滑板和壁板及立柱間設(shè)計(jì)有0.5 mm 間隙[1]，允許滑板在限定范圍內(nèi)偏移。將氣柜密封油全部放出后，檢查發(fā)現(xiàn)各滑板中部及兩端均出現(xiàn)不同程度變形。這可能是由于活塞運(yùn)行中旋轉(zhuǎn)，造成滑板左右偏移，兩端出現(xiàn)變形。由于滑板兩端有角滑塊作為活動(dòng)支點(diǎn)，當(dāng)滑板左右偏移量過大時(shí)，與壁板間隙超過設(shè)計(jì)值，從而致使密封油出現(xiàn)大面積泄漏。

（2）套筒彈簧失效

煤氣柜密封機(jī)構(gòu)的滑板與活塞間設(shè)有套筒彈簧，兩兩間成“八”字排布，在有限范圍內(nèi)確?；迨冀K與氣柜壁板緊密貼合。隨著活塞的上下運(yùn)行，壓緊彈簧始終處于伸長(zhǎng)、壓縮的動(dòng)態(tài)變化中?；钊霈F(xiàn)嚴(yán)重旋轉(zhuǎn)問題后，各套筒彈簧位置發(fā)生改變，套筒彈簧對(duì)滑板的支撐強(qiáng)度和彈簧力降低，導(dǎo)致滑板與壁板間貼合面間隙過大。而若彈簧伸長(zhǎng)量過大，會(huì)脫離套筒而失效，使壁板與滑板間壓緊力減小，從而增大間隙和滲油面積。

（3）立柱角滑塊失效

曼式稀油密封氣柜是多邊形柜體，立柱位置設(shè)置了密封角滑塊，二者之間設(shè)置耐油毛氈，實(shí)現(xiàn)活塞上下運(yùn)動(dòng)中對(duì)立柱的滑動(dòng)和密封作用。本次氣柜停運(yùn)檢查，發(fā)現(xiàn)角滑塊毛氈大面積嚴(yán)重磨損，局部磨損脫落，個(gè)別角滑塊磨損變形，其密封已經(jīng)失效，導(dǎo)致密封油從角滑塊部位泄漏嚴(yán)重。

3 處理及控制措施

3.1 對(duì)活塞旋轉(zhuǎn)的處理及控制

通過對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測(cè)量，計(jì)算出24組氣柜立柱與活塞導(dǎo)輪支架立柱之間的實(shí)際距離，以實(shí)際距離與平均距離的對(duì)比，基本可判斷活塞偏移的方向及大致偏移量[2]。部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1 所列。通過數(shù)據(jù)可以看出4#-16#立柱數(shù)據(jù)小于平均數(shù)據(jù)，17#-3#立柱數(shù)據(jù)大于平均數(shù)據(jù)。4#-16#立柱數(shù)平均數(shù)據(jù)為-28 mm，17#-3#立柱平均數(shù)據(jù)28 mm。結(jié)合氣柜立柱分布圖，大致可判斷活塞偏向西南28 mm。

表1 活塞中心和氣柜中心距數(shù)據(jù) mm

測(cè)量柜體結(jié)構(gòu)各部數(shù)據(jù)參數(shù)，確定柜體導(dǎo)輪與回轉(zhuǎn)滑塊的偏差值[1]，從而確認(rèn)活塞旋轉(zhuǎn)的糾正數(shù)值，從數(shù)據(jù)表2 可以看出導(dǎo)輪順時(shí)針平均偏移軌道中心27.45 mm。確認(rèn)偏差問題原因后，在活塞著床過程中，利用頂風(fēng)機(jī)將活塞升高200 mm 的高度，利用機(jī)械力逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)活塞調(diào)轉(zhuǎn)28 mm，使80%以上的導(dǎo)輪回到立柱軌道面中心，之后重新定位回轉(zhuǎn)裝置位置。

表2 導(dǎo)輪偏離軌道數(shù)據(jù) mm

氣柜各部件位置按初始設(shè)計(jì)值進(jìn)行修正后，相對(duì)位置基本固定完成，氣柜活塞旋轉(zhuǎn)問題的另一個(gè)影響因素就是導(dǎo)輪，其在運(yùn)行中對(duì)旋轉(zhuǎn)的控制起到至關(guān)重要作用。根據(jù)前期數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)輪垂直度、導(dǎo)輪輪面均存在較大偏差。處理過程中更換調(diào)節(jié)21個(gè)彈簧導(dǎo)輪及27個(gè)固定導(dǎo)輪，嚴(yán)格控制導(dǎo)輪垂直度。導(dǎo)輪輪面形式由原平面導(dǎo)輪更換為弧面導(dǎo)輪，使得導(dǎo)輪在運(yùn)行過程中能夠確保垂直度，減少切向力和旋轉(zhuǎn)力，同時(shí)調(diào)整了導(dǎo)輪直徑，確保運(yùn)行過程中間隙得到較好控制。在調(diào)試過程中，對(duì)48個(gè)導(dǎo)輪與立柱間隙進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整（未調(diào)整配重，因?yàn)閷?duì)傾斜度影響較?。?，確保對(duì)應(yīng)導(dǎo)輪的受力均勻，有效控制活塞的傾斜度。

3.2 對(duì)密封油泄漏的處理及控制

滑板密封機(jī)構(gòu)的變形、端部的磨損是導(dǎo)致密封油泄漏的根本原因。檢修過程中對(duì)滑板及密封部件進(jìn)行更換，滑板材質(zhì)選用SPCC 冷軋板，每塊滑板長(zhǎng)度尺寸根據(jù)對(duì)應(yīng)氣柜壁板重新加工，端部與角滑塊結(jié)合部位預(yù)留間隙控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，滑板角部滑塊工作斜面同側(cè)板間隙均≤0.5 mm，減少角接部位滲油量。安裝就位后，首先調(diào)整活塞吊架軸向活動(dòng)量控制在3～4 cm，在活塞產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)時(shí)吊架在橫向上具有一定的彈性補(bǔ)償量，避免脫落造成滑板中部受力不均。其次，滑板固定后調(diào)整支撐彈簧，各部彈簧的伸長(zhǎng)量控制在彈簧長(zhǎng)度115～118 mm，滑板與壁板間隙基本控制在0.5 mm 以內(nèi)[1]。油槽封底帆布更換后，圓木帆布安裝不低于滑板下沿，帆布平順無褶皺、徑向切向松緊度適當(dāng)，帆布接頭搭接按設(shè)計(jì)要求安裝。氣柜通氣調(diào)試過程中通過微調(diào)導(dǎo)輪墊片來調(diào)整活塞傾斜量，升柜與降柜最大傾斜值均為60 mm。滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量數(shù)據(jù)見表3。

表3 氣柜調(diào)試數(shù)據(jù) mm

4 效果及總結(jié)

調(diào)試完成后，氣柜運(yùn)行中單臺(tái)油泵運(yùn)行時(shí)間由檢修前750 min/d降至250 min/d，達(dá)到檢修預(yù)期效果(8臺(tái)泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間小于2500 min/d[1])?；迮c氣柜壁貼合良好，活塞密封機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，活塞升降無頓挫感?；濉椈?、彈簧套筒運(yùn)轉(zhuǎn)過程中無異音、活塞無抖動(dòng)或頓挫感，各部變形量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。各導(dǎo)輪與氣柜導(dǎo)軌板間隙適中，在活塞升降過程中，導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)靈活，擠壓變形量較小。活塞防回轉(zhuǎn)裝置滑塊與立柱側(cè)面總間隙小于4 mm,氣柜檢修后達(dá)到設(shè)計(jì)及使用要求。

首鋼股份有限公司曼型煤氣柜檢修消除了故障并達(dá)到預(yù)期效果?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：（1）停柜過程中將氣柜著床位置按原始設(shè)計(jì)位置調(diào)控，確?；钊键c(diǎn)位偏差得到較好控制；（2）在活塞中心和柜體中心調(diào)控過程中，按新建煤氣柜施工的測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整導(dǎo)輪與側(cè)板間距，盡量控制兩個(gè)中心點(diǎn)的偏差，減少間距誤差導(dǎo)致的活塞受力不均，從而降低活塞旋轉(zhuǎn)問題的發(fā)生[3]；（3）在調(diào)控導(dǎo)輪的過程中嚴(yán)格控制垂直度和導(dǎo)軌中心，減少切向力的產(chǎn)生和受力不均，有效消除旋轉(zhuǎn)問題的根源；（4）另外，還應(yīng)周期取樣分析密封油（粘度對(duì)氣柜密封影響較大），建議運(yùn)行三年后對(duì)密封油每年做全指標(biāo)化驗(yàn)分析。