蒸汽管式干燥機推力軸承頻繁損壞原因分析及處理

李 杰

(呼倫貝爾金新化工有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021506)

0 引 言

呼倫貝爾金新化工有限公司(簡稱金新化工)500 kt/a合成氨、800 kt/a尿素項目氣化裝置采用殼牌下行激冷流程粉煤加壓氣化工藝(1臺Shell氣化爐)，原料煤采用本地褐煤，其中，預(yù)干燥系統(tǒng)是Shell氣化裝置重要的配套系統(tǒng)之一，設(shè)置A、B兩條生產(chǎn)線(互為備用)，預(yù)干燥系統(tǒng)的核心設(shè)備為北京電力設(shè)備總廠有限公司生產(chǎn)的ZGG5×8(A)型蒸汽管式干燥機(E2001A/B，一開一備)，原料煤走干燥機管程，低壓過熱蒸汽走殼程。蒸汽管式干燥機的主要作用是將原料煤含水量由30%以上干燥至10%～15%，為磨煤干燥系統(tǒng)提供合格物料。蒸汽管式干燥機自2016年6月安裝投運以來，一段時間內(nèi)頻繁出現(xiàn)推力軸承損壞的情況，推力軸承安裝處主軸軸頸同步伴有不同程度的損傷，嚴(yán)重制約Shell氣化裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行。為此，基于蒸汽管式干燥機的工作原理及實際運行情況，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、潤滑及安裝等方面入手，對其推力軸承頻繁損壞的原因進行分析，后采取有針對性的、實用的處理措施，徹底解決了問題。以下對有關(guān)情況作一介紹。

1 蒸汽管式干燥機工作原理及設(shè)備簡況

1.1 蒸汽管式干燥機工作原理

蒸汽管式干燥機是一種回轉(zhuǎn)鼓形設(shè)備，通過蒸汽管式干燥機的布料器，將一定粒度(粒度≤15 mm)的原料褐煤均勻分布到旋轉(zhuǎn)滾筒內(nèi)部的眾多干燥管中干燥后排出，干燥所需熱能由低壓蒸汽管網(wǎng)來的減溫減壓至0.35 MPa、180 ℃的蒸汽提供，蒸汽管式干燥機內(nèi)吸收了水分的空氣在袋式過濾器內(nèi)與干煤粉分離后排入大氣。

1.2 蒸汽管式干燥機設(shè)備簡況

蒸汽管式干燥機型號為ZGG5×8(A)，額定出力51.69 t/h、最大設(shè)計出力56.87 t/h(出力均按褐煤水分由33.5%干燥至15%計)，蒸汽流量25 t/h，干燥機機體轉(zhuǎn)速4～10 r/min，驅(qū)動電機功率55 kW。蒸汽管式干燥機主要由機體、進料裝置、輔助進料裝置、出料斗、進汽管路、出汽管路、進料端軸承箱、出料端軸承箱、傳動裝置、稀油潤滑站等部分組成。機體是蒸汽管式干燥機的主體，屬熱交換部分，由兩端管板、中心軸、殼體、換熱管、螺旋帶組成，其中，管板、中心軸、殼體三者采用焊接方式焊成一體，換熱管與管板采用脹焊結(jié)合方式進行固定，螺旋帶靠螺旋片擋環(huán)固定在換熱管內(nèi)；機體中有366根φ102 mm、1 212根φ108 mm的干燥管(壁厚4 mm)，合計1 578根干燥管。

蒸汽管式干燥機安裝于標(biāo)高39 m的Shell氣化裝置框架六樓，其筒體外徑為5.35 m，機體長度為8 m，機體凈重約170 t，設(shè)備整體傾斜角度為12°，機體進料端設(shè)置有大齒圈，驅(qū)動機構(gòu)采用變頻電機通過減速機(MC2RLSF04型SEW減速機)帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪帶動機體大齒圈，以實現(xiàn)整個蒸汽管式干燥機的轉(zhuǎn)動，配套電機與減速機以及減速機與小齒輪間均采用彈性柱銷齒式聯(lián)軸器。

蒸汽管式干燥機主機進料端和出料端徑向主軸承采用雙列調(diào)心滾子軸承，主軸承規(guī)格為230/710CA/C4W33(軸承內(nèi)徑710 mm、外徑1 030 mm，寬度236 mm，軸承重量約670 kg)，其球面滾子推力軸承型號為29292(軸承內(nèi)徑460 mm、外徑620 mm，寬度95 mm，軸承重量81 kg)，布置在出料端徑向軸承外端。干燥機出料端軸承座為固定端，進料端為膨脹端，干燥機正常運行時，進料端軸承座可沿軸向向進氣側(cè)移動，移動值設(shè)計為15 mm。

2 蒸汽管式干燥機推力軸承頻繁損壞情況

2018年6月—2019年2月，Shell氣化裝置2臺蒸汽管式干燥機(E2001A/B)接連3次出現(xiàn)推力軸承損壞情況，同時出料端軸承座大端蓋內(nèi)端面(與推力軸承外圈配合處)、徑向軸承鎖母壓蓋伴有嚴(yán)重?fù)p傷，推力軸承安裝處軸頸同步伴有嚴(yán)重磨損。具體情況如下。

2018年6月，E2001A出料端軸承嚴(yán)重?fù)p壞，其推力軸承散架，徑向軸承鎖緊螺母壓蓋斷裂，推力軸承軸頸嚴(yán)重磨損，軸頸局部有凹坑，軸承端蓋內(nèi)端面磨損嚴(yán)重；2018年8月，E2001A再次出現(xiàn)推力軸承損壞，距離上次推力軸承損壞間隔不足2個月，主要表象是出料端軸承箱異響，拆檢軸承后發(fā)現(xiàn)推力軸承內(nèi)圈斷裂。

2019年2月，E2001B出料端軸承出現(xiàn)與E2001A類似的損壞情況，推力軸承全部散架，徑向軸承鎖緊螺母壓蓋斷裂，推力軸承軸頸嚴(yán)重磨損，軸頸局部有凹坑，軸承端蓋內(nèi)端面磨損等。

3 推力軸承損壞原因分析

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

分析蒸汽管式干燥機結(jié)構(gòu)，推力軸承(為球面滾子推力軸承，型號29292，外圈可分離)設(shè)置在出料端，起到機體定位作用，并承受機體軸向重力；蒸汽管式干燥機機體總重約170 t、總重力(G)約1 700 kN，機體傾斜12°，則重力分解后沿干燥機軸向的軸向力F=G·sin12°=353.449 kN。據(jù)設(shè)備廠家提供的設(shè)計數(shù)據(jù)，干燥機運行時動載荷為靜載荷的2倍，則設(shè)備運行時推力軸承承受的軸向力F′=2F=706.898 kN。

29292型推力軸承設(shè)計動載荷2 070 kN，干燥機額定出力51.69 t/h、最大出力56.87 t/h，帶負(fù)荷運行時其動載荷(706.898 kN)遠(yuǎn)小于軸承設(shè)計抗載能力。簡言之，推力軸承設(shè)計完全可以滿足運行需求。

3.2 安裝方面

E2001A在不到2個月的時間內(nèi)出現(xiàn)2次推力軸承受損，第二次損壞的主要現(xiàn)象是推力軸承內(nèi)圈斷裂缺塊，究其原因，主要是推力軸承安裝處軸頸磨損0.10～0.40 mm不等，E2001A首次受損時，由于檢修時間緊迫，僅僅對受損軸頸進行了手工打磨處理，而后直接安裝推力軸承；E2001A運行過程中，推力軸承承受了絕大部分的載荷，由于推力軸承內(nèi)圈與軸頸配合處存在較大間隙，會導(dǎo)致推力軸承出現(xiàn)“跑內(nèi)圈”的情況，重載情況下推力軸承內(nèi)圈受力過大，進而出現(xiàn)斷裂缺塊，造成出料端軸承座處異響。

3.3 潤滑方面

蒸汽管式干燥機軸承箱是潤滑油站的工作對象。進料端軸承箱內(nèi)部有1個軸承需要潤滑，出料端軸承箱內(nèi)部有2個軸承需要潤滑，并采用孔板控制進油量；其中，出料端徑向軸承和推力軸承分別設(shè)有單獨的供油管線，徑向軸承供油管線限流孔板孔徑為8 mm，推力軸承供油管線限流孔板孔徑為6 mm，其主油路設(shè)置有遠(yuǎn)程壓力測點，進入各軸承潤滑點的支路無壓力測點，且各有1個視鏡供現(xiàn)場人員巡檢時觀測，另外各支路分別設(shè)置閥門，以利根據(jù)現(xiàn)場情況適時控制進入軸承的油量。

日常拆檢情況表明，蒸汽管式干燥機進料端和出料端潤滑油管線內(nèi)易出現(xiàn)油泥，進入各軸承的潤滑油管線的觀測視鏡觀察困難，限流孔板堵塞可能引起推力軸承潤滑油中斷而損壞，導(dǎo)致設(shè)備整體沿軸向下竄嚴(yán)重，進而造成徑向軸承內(nèi)圈及外圈壓蓋出現(xiàn)不同程度磨損或損壞。

另外，蒸汽管式干燥機軸承潤滑油牌號為美孚600XP460，其設(shè)計工作溫度≤45 ℃，當(dāng)前配置的換熱器換熱面積較小，僅有7.2 m2，換熱效果較差，導(dǎo)致操作彈性小，實際運行中潤滑油油溫長期保持在50 ℃以上，超過設(shè)計溫度，而油溫升高后潤滑油粘度會下降，久而久之，對于低速重載場合勢必有不利的影響。

4 處理措施

4.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

由于蒸汽管式干燥機推力軸承內(nèi)/外圈屬分離式設(shè)計，且外圈與軸承座壓蓋配合設(shè)計有5 mm的間隙，以保證設(shè)備在啟停和運行期間外圈和內(nèi)圈實現(xiàn)自調(diào)心的功能，由此推力軸承外圈與軸承座壓蓋接觸處不可避免地會有相對摩擦，導(dǎo)致與推力軸承配合處經(jīng)常有磨損的情況，一旦磨損過大，推力軸承軸向定位受到影響，就會改變推力軸承的受力，在一定程度上縮短軸承的使用壽命。軸承座壓蓋為鑄件，尺寸較大，現(xiàn)場無法修復(fù)，于是對軸承座壓蓋結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化——增加可拆卸耐磨環(huán)(厚度20 mm，材質(zhì)為SS410)，一旦有磨損情況，更換耐磨環(huán)即可，可避免直接更換軸承座壓蓋，節(jié)約可觀的檢修費用。

4.2 優(yōu)化安裝

由于幾次推力軸承損壞軸頸處磨損都較為嚴(yán)重，經(jīng)仔細(xì)測量，2臺蒸汽管式干燥機推力軸承安裝處軸頸磨損量均在0.10～0.40 mm之間，軸頸原始尺寸為(460±0.02)mm，主軸材質(zhì)為ZG35CrMo。針對干燥機推力軸承安裝處軸頸磨損較為嚴(yán)重的問題，為較徹底解決設(shè)備存在的隱患，最初制定了3種方案：第一種是激光熔覆+現(xiàn)場光刀；第二種是低溫熔覆+刮研仿形打磨(手工打磨)，即選用低溫熔覆和電刷鍍增材，人工刮研仿形打磨，結(jié)合漢高樂泰固持膠安裝的方法，以滿足使用要求；第三種為現(xiàn)場光刀后安裝非標(biāo)軸承。鑒于出料端軸承座的特殊設(shè)計，出料端大端蓋拆除后，機體不能隨時整體轉(zhuǎn)動，軸頸修復(fù)難度較大，而激光熔覆、現(xiàn)場光刀需在盤車情況下進行，因此第一種和第三種方案可行性低，第二種方案也需借助機器現(xiàn)場熔覆，但實際現(xiàn)場空間較小，實施難度大。為確保蒸汽管式干燥機及時修復(fù)正常備用，經(jīng)綜合考慮與評估，最終選用第二種方案，即對損壞軸頸處進行人工打磨，而后測量詳細(xì)的尺寸，確定軸頸的磨損程度，采用油浴加熱軸承的方式對軸頸磨損嚴(yán)重部位局部墊不銹鋼鋼皮的修復(fù)方案。

4.3 改善潤滑

考慮到蒸汽管式干燥機屬于低速重載設(shè)備，加上干燥機內(nèi)部介質(zhì)溫度較高，可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上將潤滑油粘度等級由460提升至680，即潤滑油牌號由美孚600XP460改為美孚600XP680，從而可大幅提高設(shè)備的抗載能力。

針對干燥機軸承潤滑油溫度長期超過50 ℃的情況，串聯(lián)1臺換熱面積為14 m2的換熱器，潤滑油系統(tǒng)換熱器換熱面積由之前的7.2 m2(1臺換熱器)增大至21.2 m2(2臺換熱器)，大幅提高潤滑油系統(tǒng)的換熱效果，增大操作彈性，以滿足設(shè)備在各種工況下的運行要求。

結(jié)合潤滑油的取樣分析情況，工藝上加強對濾芯的清理，另外，考慮到蒸汽管式干燥機軸承座軸封采用填料密封，加強對潤滑油機械雜質(zhì)的監(jiān)控，一旦潤滑油中機械雜質(zhì)含量超標(biāo)，及時敦促進行濾油或更換。

4.4 加強監(jiān)測手段

鑒于蒸汽管式干燥機在線監(jiān)測點少面窄的實際情況，繼續(xù)加強對設(shè)備的日常巡檢，加強對潤滑油壓力、潤滑油壓差、潤滑油溫度、回油溫度、運行電流、機體膨脹等運行參數(shù)的監(jiān)控。并在各軸承進油管線上增設(shè)現(xiàn)場壓力表(位于支管閥門后、限流孔板前)，監(jiān)測軸承進油壓力，便于現(xiàn)場巡檢觀測并初步判斷軸承的潤滑狀況。

在蒸汽管式干燥機出料端大端蓋外側(cè)主軸臺階處增設(shè)位移探頭并引入主控DCS操作界面，實時監(jiān)測機體位移情況，據(jù)其變化情況及時安排計劃性檢修，預(yù)防事故發(fā)生。

5 結(jié)束語

針對蒸汽管式干燥機推力軸承頻繁損壞問題，通過分析其結(jié)構(gòu)設(shè)計及潤滑方面可能存在的問題，并結(jié)合現(xiàn)場實際解決軸頸嚴(yán)重磨損后的推力軸承安裝難題，金新化工對蒸汽管式干燥機軸承座部分結(jié)構(gòu)予以了優(yōu)化，同時有效改善設(shè)備潤滑效果、切實加強設(shè)備的實時監(jiān)測，并通過強化設(shè)備的日常計劃性檢修以及操作過程的優(yōu)化與規(guī)范，使蒸汽管式干燥機推力軸承頻繁損壞問題得到徹底解決——自2019年4月完成一系列優(yōu)化改進后，迄今蒸汽管式干燥機推力軸承連續(xù)無故障運行時間已超過4 a，助力了Shell氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行。