關于煤制油溢流磨漏料處理工藝分析與研究

摘要：通過對液化中心102單元溢流磨機運行過程中持續發生的漏料問題進行工藝分析，認真研究了溢流磨筒體襯板固定螺栓漏料、中空軸與筒體結合面處漏料、人孔門加強板處出現穿透裂紋導致漏料三種主要漏料方式產生的主要原因，利用對應部位的裂紋分析與工藝處理，采取了提出相應的解決方法，為今后類似大型設備的漏料問題處理提供了成功的實例和經驗，也大大減少了攻關過程中造成的各類直接及間接經濟損失。

關鍵詞：溢流磨 中空軸 焊縫 修復工藝

從2008年6月開始試運轉至今連續運行時間約2.8萬小時，在此期間出現了筒體襯板固定螺栓處漏料、中空軸與筒體結合面出漏料、人孔門加強板出現裂紋導致漏料等多種情況，神華鄂爾多斯煤制油公司液化中心針對102單元水煤漿制備區的主要使用設備溢流磨煤機102-MI-104A/B，筒體規格：φ3.1×12.5m，筒體轉速：18.15r/min，最大裝球量：110t，筒體重：50t，筒體厚度δ＝40mm，筒體材質：16Mn。進行長時間的詳細研究與攻關分析。所得結果可為今后該類設備漏料現象提供一定的參考依據。

1 試驗原理與分析

電機通過減速器帶動磨機回轉部分回轉，喂料設備將煤塊和水通過進料裝置喂人磨機筒體內的第一倉，由于筒體的回轉，裝在筒體內的鋼球在階梯襯板的作用下，鋼球被帶至一定高度后落下。對煤塊進行沖擊粉碎，受過第一倉鋼球粉碎過的煤塊通過隔倉板進入第二倉。煤塊在此倉主要受到研磨作用，經過第二倉粉磨后的物料溢出出料口，經過出料口排入出料裝置的圓筒篩。經篩析后物料中的塊狀物料和鋼渣等由排渣口排出，其余從出料下罩的出料口排出即為水煤漿。溢流磨機的回轉部分由一對結構相同的主軸承支承，主軸瓦對軸頸的包角為120°，主軸瓦座在灰口鑄鐵鑄成的軸承座上，它與軸承座接觸部分呈球面形，當磨機運轉時可以自動調整，在進、出料中空軸內裝有襯套，以保護中空軸，主軸承采用外部高低壓油站強制潤滑，在啟動、低速和停車時用高壓系統，正常運轉時用低壓系統，每個主軸承潤滑裝置的低壓潤滑油從主軸承上部進入，通過灑油管淋在中空軸表面上，以保證磨機能獲得可靠的潤滑。

2 試驗結果與分析

2.1 溢流磨筒體襯板固定螺栓漏料分析與對策

溢流磨機耐磨襯板通過螺栓與筒體固定在一起，筒體外用防松墊圈、螺母擰緊，為了防止料漿沿螺栓孔流出，固定襯板的螺栓配有帶錐形面的橡膠墊圈。起初試車過程，發現襯板與筒體固定螺栓處漏料嚴重，用呆扳手和大錘緊固的螺栓，在磨機啟動后不久，由于襯板在鋼球沖擊振動下，螺母松動，導致煤漿外流。為此在襯板螺栓上增加了備母，防止螺栓松動。在實際運行發現漏料現象依然嚴重，分析主要原因是固定襯板的螺栓配有帶錐形面的橡膠墊圈密封性能不好，選型改用聚氨酯墊圈。因聚氨酯彈性體可在較寬的硬度范圍具有較高的彈性及強度、優異的耐磨性、耐油性、耐疲勞性及抗震動性，為了提高密封性在聚氨酯膠圈外增加了金屬壓蓋，筒體襯板固定螺栓漏料問題得到了明顯改觀。之后的運行中，逐步發現襯板與筒體固定螺栓處漏料頻率仍然較高，幾乎每個班都需停磨機緊固螺栓，處理漏料問題。為了徹底解決此問題，2011年大檢修中將筒體襯板固定螺栓的螺母4000個全部更換為自鎖螺母。運行至今，效果顯著，基本上根治了筒體襯板固定螺栓處漏料問題。現場情況如下圖所示：

2.2 中空軸與筒體結合面處漏料分析與對策

中空軸與筒體是通過螺栓緊固在一起，在運行初期此處沒有發生過漏料現象，在2010年下半年運行時逐步發現進、出料端的中空軸與筒體結合處開始漏料，開始用扳手緊固聯接螺栓的螺母，有效果，之后運行中螺母都已緊固到底，漏料非常嚴重。經和設備廠家、單位機動部溝通將中空軸與筒體結合處進行密封焊，在2011年7月檢修期間將進、出料端的中空軸與筒體結合處進行了焊接，焊條采用E5015 （J507）。但在檢修后運行期間，發現輕微漏料。經過分析，該處出現裂紋的原因主要是：是兩支撐軸瓦之間的跨度較大，且筒體、襯板以及鋼球重達200噸以上，磨機停運期間，空心軸和筒體之間焊縫處受力過大，導致裂紋出現。在2012年3月中旬小修期間，對此處焊縫重新打磨再次焊接，焊條依然使用E5015 （J507），檢修后開車A溢流磨進料端中空軸與筒體焊縫開裂，連夜搶修再次用E5015（J507）進行了焊接。2012年7月初小修期間，發現A/B溢流磨機進料端中空軸與筒體結合處整條焊縫開裂，肉眼明顯看到裂紋，此次焊接前給中空軸與筒體做了材質光譜分析，得知中空軸材質為35#鑄鋼，經滲氮處理，筒體材質為16Mn，重新選定焊接工藝和焊條，先經碳弧氣刨將原有焊縫刨開，再用角磨機打磨出U型坡口，選用E309-15（A307）焊條進行了焊接。使用一個多月看來，效果明顯，沒有發生漏料現象。選定E309-15（A307）焊條主要原因如以下對比表所示，其各項性能均優于E5015（J507），可靠性強；同時焊條E5015要求焊前預熱，焊后進行熱處理，焊縫抗拉強度才能保證，因現場條件制約無法進行充分的熱處理，而焊條E309-15可不進行焊前預熱和焊后熱處理，焊縫抗拉強度能夠保證。

2.3 人孔門加強板處出現穿透裂紋漏料分析與對策

2012年2月16日運行中的A溢流磨第二倉中間人孔處漏料嚴重，停機發現人孔邊緣加強板處有環向穿透性裂紋，裂紋長度約550mm。為保證盡短時間內恢復生產，采取碳弧氣刨裂紋處20mm深，用E309-15（A307）焊條進行了焊接，維持生產運行。在3月中旬小修期間，對溢流磨人孔加強板處裂紋進行了根本性處理。

2.3.1 裂紋產生的原因分析

①溢流磨筒體凈重50噸，鋼球重量110噸，正常工作受力有循環載荷、鋼球的沖擊載荷、轉動扭矩、在長期運行中，筒體所受變載荷的循環應力作用，循環次數越多，焊縫的疲勞強度越降低，隨著時間的延長，焊縫存在缺陷或者應力集中的區域可能會產生裂紋。

②人孔的形狀為有大圓角的矩形，長700mm，寬350mm，人孔的加強板一種是用帶法蘭的鑄鋼框式結構鉚貼在人孔上。經和廠家人員溝通，確定人孔加強板與筒體是應鉚貼在一起，目的是防止焊接產生殘余應力。而實際情況發現加強板四周與筒體焊接在一起，分析可能是安裝單位試車時防止漏料而焊接在一起。由于加強板與筒體焊接時未進行熱處理，焊接殘余應力、筒體彎曲應力和交變的循環應力組成復雜的應力狀態下，最后導致人孔加強板和筒體焊縫處產生微裂，隨著時間的延長形成環向裂縫，如下圖裂紋表象圖所示。

2.3.2 修復工藝研究與對策

①打磨人孔加強板處區域，PT滲透檢測，確定缺陷范圍。單臺磨機有三個人孔，一倉一個人孔，二倉兩個人孔，

檢查發現，兩磨機六個人孔加強板處不同程度都有環向裂紋，最長的裂紋約700mm，最短的90mm。

②以裂紋的末端15 mm處用電鉆出Φ10的止裂孔。用碳弧氣刨清除缺陷，刨出坡口。坡口采用雙U字型，內、外兩側厚度分別為15mm、25mm（坡口形式見下圖），氣刨時嚴格控制筒體兩側坡口深度。

③確保坡口用角磨機仔細打磨干凈，用氧乙炔火焰將坡口及其兩側區域預熱到100～130℃，并用便攜式遠紅外測溫儀進行溫度監測。預熱完成后，選用烘干E5015（J507）Φ4.0焊條，采用小電流，多層多道焊工藝手弧焊焊接。筒體外側焊接完成后，內側用同樣的方法連續焊接，焊接完成后用復合硅酸鹽板（1000×500×50mm）覆蓋焊縫區域進行保溫緩冷。

④用電加熱毯對焊縫區域做625℃消應力熱處理，熱處理過程中，嚴格控制升、降溫速度，400℃后加熱速度應控制在5125/δ（δ=40mm為筒體厚度）℃/h且不大于205℃/h范圍內，恒溫時間不得少于30min，恒溫后的冷卻速度控制在6500/δ（δ=40mm為筒體厚度）℃/h且不大于260℃/h范圍內，400℃以下自然冷卻。熱處理的加熱范圍為以焊縫中心為基準，兩側不小于100mm的區域，加熱區以內的100mm范圍應予以保溫。(GB50236-2011現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范)。

⑤熱處理完后，對焊縫處做100%PT滲透檢測。

直到2012年7月初小修期間，對A/B溢流磨處6個人孔加強板處焊縫再次PT檢查，發現3月份檢修的效果良好，只有A磨機中間人孔處有長度約130cm長的穿透裂紋，其余人孔沒有發現問題，按照上次檢修方案進行了修復焊接和熱處理。

3 結論

通過對溢流磨筒體襯板固定螺栓漏料、中空軸與筒體結合面處漏料、人孔門加強板處出現穿透裂紋導致漏料三種主要漏料方式產生的主要原因分析與研究，經過多年來反復試驗和運行證明，利用機械應力分析與應用、焊接技術選擇性嘗試以及裂紋原理分析與修復工藝的采用，可徹底消除以上三種常見的溢流磨漏料現象，此應用結果將為今后企業的生產與科研提供了有用的數據，也為攻關溢流磨其他漏料現象提供了良好的試驗基礎。

參考文獻：

[1]唐新民，曹成剛，唐少兵.提高磨機生產能力的研究與實踐，安徽冶金，2002-03-15.

[2]承明澤，周立剛，王賀，董振，陳三元.堿性條件下濕法磨用中碳中合金鋼襯板的研制和應用.礦山機械，2006-10-10.

作者簡介：武海東（1981-），男，內蒙古包頭人，雙學位。研究方向為能源研究與開發。