尿素造粒洗滌器風(fēng)機(jī)軸磨損在線檢修方法和應(yīng)用探析

于雷，林凱

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)

中海石油華鶴煤化有限公司（簡(jiǎn)稱公司）年產(chǎn)30萬(wàn)t合成氨、52萬(wàn)t大顆粒尿素。公司的洗滌器風(fēng)機(jī)是尿素造粒裝置關(guān)鍵設(shè)備之一，其運(yùn)行參數(shù)值聯(lián)鎖至造粒系統(tǒng)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)直接影響尿素造粒的單日產(chǎn)量。該設(shè)備型號(hào)為Y5-2X51-11NO19.4F，結(jié)構(gòu)形式為單級(jí)雙吸雙支撐離心式，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)膜片式聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接，工作介質(zhì)為過(guò)濾空氣。風(fēng)機(jī)殼體為箱式剖分結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣箱底部設(shè)有防旋板，熱態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)有熱變形裕量。葉片為直板型，焊接在圓錐形前盤(pán)和平的中盤(pán)之間，葉輪與鑄鋼件軸盤(pán)采用螺栓聯(lián)接。軸承形式為雙列向心球面滾子軸承，可消除轉(zhuǎn)子跨距及撓度值的影響；軸承箱為飛濺自潤(rùn)滑，內(nèi)設(shè)鑄鋁輕質(zhì)甩油盤(pán)；傳動(dòng)箱軸頸密封采用機(jī)械迷宮密封。風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)：流量為294096m3/h，進(jìn)口大氣壓95.54kPa，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速960r/min，軸功率524kW，效率83%。

2 故障現(xiàn)象

洗滌器風(fēng)機(jī)在2020年1月開(kāi)始出現(xiàn)振動(dòng)值幅度逐漸上漲的趨勢(shì)。選取一個(gè)以30天周期的測(cè)量記錄：驅(qū)動(dòng)端水平振值強(qiáng)度范圍2.1～5.4mm/s，垂直振值強(qiáng)度范圍2.3～4.2mm/s，平均溫度24.2℃。非驅(qū)動(dòng)端水平振值強(qiáng)度范圍1.4～3.7mm/s，垂直振值強(qiáng)度0.7～2.4mm/s，平均溫度25.5℃。測(cè)量期間發(fā)生2次與平臺(tái)欄桿共振現(xiàn)象。該設(shè)備聯(lián)鎖值為驅(qū)動(dòng)端水平振值或垂直振值≥6.3mm/s，運(yùn)行穩(wěn)定≥55℃。如果運(yùn)行時(shí)振動(dòng)值上漲至聯(lián)鎖動(dòng)作，設(shè)備跳車(chē)會(huì)引起造粒系統(tǒng)停車(chē)。公司尿素產(chǎn)量因?yàn)樵炝Ｏ到y(tǒng)停車(chē)而受到影響，影響程度根據(jù)洗滌器風(fēng)機(jī)的檢修周期正相關(guān)，所以在最短的時(shí)間內(nèi)解決洗滌器風(fēng)機(jī)振動(dòng)值上漲的問(wèn)題，讓設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行是十分必要又迫切的課題。

3 檢查及查找原因

根據(jù)初步判斷后的原因分析，利用造粒系統(tǒng)月度例行清洗工作的6h時(shí)間，對(duì)洗滌器風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢查。按照先易后難的順序，首先，對(duì)運(yùn)行記錄、DCS流量曲線、空氣過(guò)濾器、介質(zhì)濕度和溫度、電機(jī)獨(dú)立試驗(yàn)、聯(lián)軸器等進(jìn)行檢查；其次，對(duì)軸承箱和葉輪進(jìn)行內(nèi)部檢查。檢查結(jié)果如下：（1）開(kāi)停車(chē)記錄、DCS流量曲線正常；（2）空氣過(guò)濾器濾網(wǎng)干凈，進(jìn)氣的空氣濕度和溫度正常；（3）電機(jī)獨(dú)立試驗(yàn)振動(dòng)值正常，聯(lián)軸器膜片無(wú)損傷；（4）軸承內(nèi)圈有磨損劃痕（見(jiàn)圖1），安裝位置主軸表面有磨損痕跡（見(jiàn)圖2）；（5）葉輪與軸盤(pán)之間的聯(lián)接螺栓松動(dòng)和2顆螺母脫落，螺栓孔偏心磨損。

圖1 軸承內(nèi)圈磨損劃痕

圖2 主軸表面磨損痕跡

根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行原因分析，軸盤(pán)上的螺栓孔徑與螺栓過(guò)盈配合導(dǎo)致孔徑邊緣與螺栓摩擦，長(zhǎng)時(shí)間摩擦和跟隨葉輪振動(dòng)并在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上形成不規(guī)則孔徑，螺母預(yù)緊力因振動(dòng)而降低開(kāi)始出現(xiàn)松動(dòng)甚至脫落的現(xiàn)象。葉輪振動(dòng)導(dǎo)致微動(dòng)不平衡，軸承和主軸之間開(kāi)始發(fā)生磨擦，久之間隙擴(kuò)大，產(chǎn)生軸承和軸的相對(duì)位移。綜合以上原因，設(shè)備在運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)出振動(dòng)值緩慢和持續(xù)的上漲現(xiàn)象，當(dāng)振頻與設(shè)備框架一致時(shí)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

4 在線檢修方案的論證和實(shí)施

4.1 制定檢修方案

根據(jù)檢查的結(jié)論制定檢修方案，對(duì)主要原因逐項(xiàng)進(jìn)行技術(shù)改造，重點(diǎn)對(duì)葉輪、軸盤(pán)、主軸、軸承進(jìn)行修理并采取措施避免類似問(wèn)題再次的發(fā)生。因采購(gòu)新主軸的周期較長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行期間的安全風(fēng)險(xiǎn)很大，時(shí)間對(duì)于本次設(shè)備檢修尤為重要，所以選取冷焊技術(shù)來(lái)修復(fù)受損部位。冷焊修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)一是焊接補(bǔ)充時(shí)溫度在40℃范圍上下，焊補(bǔ)點(diǎn)附近金相組織不會(huì)發(fā)生改變。特點(diǎn)二是可以選擇電極材料來(lái)實(shí)現(xiàn)修復(fù)材料不同硬度。根據(jù)新技術(shù)特點(diǎn)制定了兩種檢修方案，如下： （1）方案一是常規(guī)類檢修方案。首先，對(duì)軸磨損部位用冷焊填補(bǔ)材料，再進(jìn)行在線機(jī)加工車(chē)削至圖紙尺寸數(shù)值；其次，對(duì)螺栓孔徑統(tǒng)一擴(kuò)孔至就近標(biāo)準(zhǔn)值，采用自鎖式螺栓；最后，對(duì)轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡。該方案優(yōu)點(diǎn)是檢修徹底，可以解決振動(dòng)值上漲的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期的運(yùn)行，采用的技術(shù)資源充足，安全風(fēng)險(xiǎn)全程可控；缺點(diǎn)是檢修時(shí)間長(zhǎng)，雖然比設(shè)備解體大修用時(shí)短，但是，按工序排列需要5d的時(shí)間，影響尿素出料5d的產(chǎn)量。尿素產(chǎn)量按照1860t/d計(jì)算，需要損失9300t尿素產(chǎn)量。（2）方案二是應(yīng)急類檢修方案。首先，對(duì)主軸磨損部位進(jìn)行全面的測(cè)繪，畫(huà)出磨損量分布圖，再對(duì)軸承內(nèi)圈用冷焊填補(bǔ)材料，然后進(jìn)行機(jī)加工車(chē)削至測(cè)量數(shù)值；其次，對(duì)葉輪進(jìn)行在線微調(diào)，將螺栓和螺母焊接在軸盤(pán)上；最后，?對(duì)轉(zhuǎn)子做在線動(dòng)平衡。該方案優(yōu)點(diǎn)是檢修時(shí)間短，5h內(nèi)完成在線處理部分的工序，完全可以利用造粒系統(tǒng)月度例行清洗時(shí)間窗口完成，不影響尿素出料產(chǎn)量。缺點(diǎn)是需要提前停機(jī)1次用來(lái)測(cè)量主軸磨損分布數(shù)據(jù)，多損失1件軸承，雖然可以解決振動(dòng)值上漲的問(wèn)題，但是，振動(dòng)值還是會(huì)偏高。

4.2 實(shí)施檢修

根據(jù)技術(shù)可行性論證和效益可行性論證后，在沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒的情況下，選擇創(chuàng)新的應(yīng)急在線檢修方案。方案實(shí)施步驟如下：（1）2020年2月的造粒系統(tǒng)例行清洗時(shí)間窗口，對(duì)洗滌器風(fēng)機(jī)軸承箱檢查，測(cè)繪制圖。采用象限取樣法，選取100個(gè)點(diǎn)測(cè)量軸、軸承內(nèi)圈磨損值在0.83～0.93mm，繪制磨損分布圖紙并標(biāo)記尺寸。（2）2020年3月按照測(cè)繪圖紙尺寸對(duì)新軸承的內(nèi)圈進(jìn)行冷焊焊補(bǔ)，焊補(bǔ)材料硬度控制在洛氏硬度HRC52～55范圍值，軸承內(nèi)圈填補(bǔ)厚度選擇0.93mm，過(guò)盈值0.02mm（用軸承加熱器試驗(yàn)軸熱膨脹0.028mm）。（3）2020年3月利用造粒系統(tǒng)例行清洗時(shí)間窗口，對(duì)軸承箱進(jìn)行檢修，更換加工后的軸承。安裝探頭收集葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，調(diào)整葉輪角度，焊接葉輪和軸盤(pán)之間的螺栓。根據(jù)計(jì)算公式用電腦計(jì)算出需要添加配重量和位置，轉(zhuǎn)子做在線動(dòng)平衡。本次在線檢修全部用時(shí)5h，設(shè)備運(yùn)行后測(cè)量驅(qū)動(dòng)端水平振值3.2mm/s、垂直2.2mm/s、溫度36.5℃。非驅(qū)動(dòng)端水平振值2.1mm/s、垂直1.2mm/s、溫度30.3℃。風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間制定特護(hù)方案，增加數(shù)據(jù)測(cè)量頻次，測(cè)量期間振動(dòng)值沒(méi)有上漲，達(dá)到預(yù)期效果。

4.3 注意事項(xiàng)

本次應(yīng)急檢修是采用一種新型低溫焊接技術(shù)對(duì)軸承進(jìn)行修補(bǔ)，來(lái)解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用實(shí)踐。因洗滌器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速屬于中轉(zhuǎn)速設(shè)備，通過(guò)此次試驗(yàn)已經(jīng)達(dá)到應(yīng)急檢修目的，但是，暫不建議在高轉(zhuǎn)速的設(shè)備上應(yīng)用，主要考慮的是冷焊焊補(bǔ)后的材料硬度是否適合，尚未有數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

5 結(jié)語(yǔ)

洗滌器風(fēng)機(jī)檢修后平穩(wěn)運(yùn)行，直至公司開(kāi)展年度大修期間對(duì)該設(shè)備全面解體大修。本次檢修方案不但為公司避免了尿素產(chǎn)量的損失，同時(shí)本次應(yīng)用的在線應(yīng)急檢修方法也為生產(chǎn)運(yùn)維提供了一種檢修思路和方法。根據(jù)冷焊技術(shù)的特點(diǎn)，在化工檢修過(guò)程中，可以考慮適當(dāng)采用冷焊技術(shù)對(duì)中低轉(zhuǎn)速軸、法蘭、管件等鍛件進(jìn)行局部修復(fù)和其他應(yīng)用等。