冷卻塔軸流風(fēng)機(jī)斷油故障原因分析及改進(jìn)

顧 翼

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司化工部，200540)

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司化工部乙二醇裝置2#循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是為換熱器提供循環(huán)冷卻用水的公用工程，于2007年正式投入運(yùn)行。其工藝流程是由泵輸送的冷卻水經(jīng)裝置換熱升溫后返回冷卻塔上部，通過(guò)布水系統(tǒng)噴頭均勻噴灑布水后，緩慢地沿塔內(nèi)填料波形弧線下降，與塔底上升的冷空氣逆流換熱實(shí)現(xiàn)冷卻，達(dá)到冷卻水循環(huán)利用的目的。冷卻塔頂部安裝的軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)拔風(fēng)增大塔內(nèi)上升的冷空氣流量，達(dá)到增強(qiáng)換熱的效果。

2#循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻塔配套安裝了SL98型軸流風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)的維護(hù)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50231—2009《機(jī)械設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收通用規(guī)范》，每6個(gè)月做1次常規(guī)檢查，1年實(shí)施1次小檢修，3年進(jìn)行1次大的維護(hù)保養(yǎng)。

1 風(fēng)機(jī)故障情況及原因分析

2012年3月9日，SL98風(fēng)機(jī)運(yùn)行中發(fā)生過(guò)載故障跳停。跳停前控制室可編程邏輯控制器(PLC)顯示風(fēng)機(jī)油位正常，油溫?zé)o超限報(bào)警信號(hào)，電機(jī)電流也無(wú)明顯波動(dòng);現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)軸完好無(wú)損，葉片與冷卻塔風(fēng)筒無(wú)刮擦現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)減速箱周圍無(wú)大面積漏油痕跡，但在距離減速箱600 mm處油管底部查找出了直徑約5 mm的腐蝕孔;盤動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片時(shí)發(fā)現(xiàn)有卡滯現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)卡滯現(xiàn)象故障點(diǎn)在風(fēng)機(jī)減速箱。

1.1 減速箱故障情況及原因分析

SL98型軸流風(fēng)機(jī)減速箱采用二級(jí)齒輪變速，輸入軸末端裝的錐齒輪與中間軸上的弧齒輪通過(guò)嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)一級(jí)減速，減速后的中間軸通過(guò)中間齒輪與輸出軸齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)二級(jí)減速。經(jīng)過(guò)對(duì)減速箱內(nèi)一、二級(jí)齒輪和齒輪嚙合情況的檢查，發(fā)現(xiàn)中間軸上安裝的弧齒輪和中間齒輪齒面均有損傷痕跡。

1.1.1 弧齒輪損傷情況

SL98風(fēng)機(jī)減速箱采用閉式齒輪傳動(dòng)，弧齒輪的嚙合以飛濺方式潤(rùn)滑。檢查發(fā)現(xiàn)，弧齒輪齒面有疲勞層凹麻點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。

圖1 弧齒輪損傷情況

弧齒輪的輪齒在靠近節(jié)線處嚙合時(shí)由于相對(duì)滑動(dòng)速度低，潤(rùn)滑不良，形成油膜的條件差，造成摩擦力偏大，所以在靠近節(jié)線的齒根面上易出現(xiàn)點(diǎn)蝕［1］。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，弧齒輪齒面麻點(diǎn)靠近齒根部位，與接觸應(yīng)力下因疲勞而產(chǎn)生的剝蝕點(diǎn)蝕現(xiàn)象相符，由于弧齒輪嚙合時(shí)只有一對(duì)齒，嚙合時(shí)輪齒受力最大，在潤(rùn)滑不佳時(shí)弧齒輪齒面更易出現(xiàn)麻點(diǎn)。

1.1.2 中間齒輪損傷情況

中間齒輪的嚙合傳動(dòng)采用油浸潤(rùn)滑方式。檢查發(fā)現(xiàn)，在中間齒輪左側(cè)第三齒面有4處齒面損傷(見(jiàn)圖2)。

圖2 中間齒輪損傷情況

齒輪在嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，齒面間由于壓力增大，瞬時(shí)溫度增高，當(dāng)發(fā)生停止供油等事故造成潤(rùn)滑效果差時(shí)，相嚙合的兩齒面會(huì)發(fā)生溫度升高導(dǎo)致膠合等情況，而兩齒面又作相對(duì)滑動(dòng)，因此膠合的齒面容易被撕破［1］。中間齒輪齒面上的損傷痕跡為凹坑狀，均處于齒面嚙合沿相對(duì)滑動(dòng)方向上。

1.1.3 減速箱故障原因分析

拆檢減速箱后發(fā)現(xiàn)，齒輪輸入軸表面因與油封干磨造成的劃痕，以及軸承滾珠因發(fā)熱發(fā)生粘結(jié)、變形的狀況(見(jiàn)圖3)，都證明風(fēng)機(jī)運(yùn)行中減速箱潤(rùn)滑油發(fā)生了嚴(yán)重泄漏。由此可以確定，造成齒輪損傷的主要原因是減速箱潤(rùn)滑油的缺失。

圖3 輸入軸和軸承損傷情況

1.2 風(fēng)機(jī)油管泄漏情況及原因

風(fēng)機(jī)減速箱內(nèi)的油位通過(guò)減速箱底部的油管外接顯示在風(fēng)筒外液位計(jì)上。SL98風(fēng)機(jī)油管材質(zhì)采用了鍍鋅碳鋼管件，在距離減速箱600 mm處的油管底部發(fā)現(xiàn)了直徑約5 mm的腐蝕孔，泄漏的潤(rùn)滑油落在風(fēng)機(jī)下方的冷卻塔收水層上，由于孔徑小，單位時(shí)間內(nèi)泄漏油量不多，加上風(fēng)筒內(nèi)大量的水汽沖刷，所以泄漏點(diǎn)下方收水器表面未出現(xiàn)油層堆積現(xiàn)象。

乙二醇循環(huán)水系統(tǒng)采用硼化溴溶液作為日常殺生劑使用，由于投加了殺生劑和風(fēng)機(jī)拔風(fēng)的作用，使得冷卻塔風(fēng)筒水汽中常含有溴離子。未采取防腐措施的碳鋼在鹵素離子的作用下極易產(chǎn)生孔蝕現(xiàn)象，且孔蝕產(chǎn)生的孔大多數(shù)情況下都比較小，通常被腐蝕產(chǎn)物或沉積物覆蓋，所以要發(fā)現(xiàn)蝕孔很困難［2］。夾帶溴離子的水汽在風(fēng)機(jī)拔風(fēng)作用下上升，附著在SL98風(fēng)機(jī)基座外油管底部，使其表面產(chǎn)生孔蝕，由于腐蝕物的覆蓋，在風(fēng)機(jī)常規(guī)檢查中沒(méi)有引起重視，最終導(dǎo)致了穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3 磁性液位計(jì)失效及原因分析

SL98風(fēng)機(jī)油位顯示采用磁性液位計(jì)形式。液位計(jì)浮子隨減速箱油位變動(dòng)而上下移動(dòng)，浮子內(nèi)永久磁鋼通過(guò)磁耦合作用驅(qū)動(dòng)面板上兩色翻柱翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)油位現(xiàn)場(chǎng)指示，并通過(guò)變送器將磁浮子移動(dòng)產(chǎn)生的電阻信號(hào)變化轉(zhuǎn)換成4～20 mA電流信號(hào)傳至控制室PLC上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳顯示。

故障發(fā)生時(shí)現(xiàn)場(chǎng)磁翻板和控制室PLC的風(fēng)機(jī)油位顯示與減速箱實(shí)際油位存在明顯偏差。用吸鐵石檢查磁翻板，翻柱翻轉(zhuǎn)正常，無(wú)卡阻現(xiàn)象，控制室PLC油位顯示隨翻柱變化反應(yīng)靈敏，但移去吸鐵石后磁翻板翻柱無(wú)法恢復(fù)原狀。

經(jīng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，SL98風(fēng)機(jī)由于減速箱散熱狀況不佳，風(fēng)機(jī)油溫在夏季經(jīng)常達(dá)到85℃以上，而現(xiàn)場(chǎng)磁性液位計(jì)在選型時(shí)忽視了溫度參數(shù)的限制，標(biāo)稱溫度僅為80℃，使磁浮子在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)了消磁現(xiàn)象［3］。隨著時(shí)間的推移，剩磁量減小，磁浮子剩磁在小于耦合臨界值后無(wú)法驅(qū)動(dòng)翻柱翻轉(zhuǎn)，造成磁性液位計(jì)失效，磁翻板和PLC油位顯示出現(xiàn)了假液位，影響了操作工對(duì)風(fēng)機(jī)油位的判斷，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)減速箱漏油現(xiàn)象。

1.4 油溫報(bào)警設(shè)置不完善

SL98風(fēng)機(jī)減速箱采用鉑電阻將油溫信號(hào)接至控制室PLC，油溫報(bào)警值設(shè)置為88℃，主要用于控制夏季高溫時(shí)減速箱油溫，防止齒輪因潤(rùn)滑不良而損傷。風(fēng)機(jī)故障時(shí)減速箱油溫最高值接近88℃，但未形成報(bào)警，PLC采用手動(dòng)翻頁(yè)顯示方式，由于未達(dá)到報(bào)警值，PLC不顯示報(bào)警畫面，造成了操作人員的疏忽。經(jīng)檢查PLC油溫趨勢(shì)圖發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)故障前減速箱油溫曾出現(xiàn)兩次突然升溫，由于沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，操作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)油溫的突變信號(hào)，最終造成了風(fēng)機(jī)故障的發(fā)生。

通過(guò)以上分析可知，風(fēng)機(jī)碳鋼油管發(fā)生孔蝕穿孔造成潤(rùn)滑油大量流失，是造成風(fēng)機(jī)斷油故障的直接原因，磁性液位計(jì)因消磁現(xiàn)象未能對(duì)油位變化作出反應(yīng)，以及油溫報(bào)警值設(shè)置過(guò)高，未能及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)油溫突變信號(hào)形成報(bào)警，是造成風(fēng)機(jī)斷油故障的間接原因。

2 改進(jìn)措施

(1)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50231—2009更換了全套的減速機(jī)軸承，并按標(biāo)準(zhǔn)將輸入軸軸承間隙控制在0.08～0.12 mm，中間軸軸承間隙控制在0.10～0.15 mm，輸出軸軸承間隙控制在0.15～0.20 mm;更換了弧齒輪、弧齒軸及中間軸，并按該標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整了齒輪間隙;更換了機(jī)械密封和全套O型圈，油封及緊固件。

(2)將使用中存在腐蝕現(xiàn)象的碳鋼油管更換成316不銹鋼油管;另外在距離風(fēng)機(jī)減速箱油管接口250 mm處(減速箱基座內(nèi))加裝了不銹鋼閥門，以便于處置油管泄漏故障，同時(shí)也方便檢修和更換潤(rùn)滑油。

(3)對(duì)SL98風(fēng)機(jī)加裝玻璃管油位計(jì)，以直觀了解減速箱油位的變化。對(duì)風(fēng)機(jī)油溫報(bào)警值進(jìn)行了調(diào)整，按夏季和冬季分別設(shè)置不同的報(bào)警值，及時(shí)捕捉油溫突變信號(hào)，預(yù)防故障的發(fā)生。

(4)對(duì)操作人員加強(qiáng)培訓(xùn)和管理，提高其責(zé)任心，使其能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)乙二醇裝置冷卻塔軸流風(fēng)機(jī)齒輪損傷的調(diào)查分析，找到了油管泄漏、液位計(jì)失效、齒輪發(fā)熱磨損、油溫報(bào)警設(shè)置過(guò)高等造成風(fēng)機(jī)故障的原因，并據(jù)此采取了相應(yīng)的措施，防止了類似故障的發(fā)生。

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，因孔蝕導(dǎo)致碳鋼油管發(fā)生漏油的現(xiàn)象并不少見(jiàn)。減速箱油位作為風(fēng)機(jī)管理的重要控制參數(shù)，推薦采用直觀的玻璃管液位計(jì)顯示。采用磁性液位計(jì)時(shí)，選型必須注意使用溫度的限制。在冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行管理中，要提高操作水平，注意碳鋼油管孔蝕和磁性液位計(jì)消磁現(xiàn)象的發(fā)生。

［1］濮良貴.機(jī)械零件［M］.北京:高等教育出版社，1982.

［2］周本省.工業(yè)水處理技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

［3］嚴(yán)密.磁學(xué)基礎(chǔ)與磁性材料［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，2006.