回轉式干燥機出料筒體偏心原因分析及修復技術

孫靖哲 張 博 宋 楊 燕 文 張文杰

(1.天華化工機械及自動化研究設計院有限公司；2.蘭州石化公司設備維修公司)

蒸汽管回轉干燥機因處理能力大、密封性能好、操作彈性大、熱效率高及運行穩定等優點被廣泛應用于煉油化工、食品、冶金及建材等行業顆粒狀物料、粘性膏狀物料或含水量較高的物料(溶液物料)的干燥當中。干燥機制造與安裝精度關乎到設備的安全性、穩定性和可靠性。由天華化工機械及自動化研究設計院有限公司為某石化公司設計制造的用于干燥粗對苯二甲酸(CTA)物料的φ3 800mm×29 500mm氧化蒸汽管干燥機(M311-2)，其出料筒體在運行過程中出現振動沖擊大、出料箱部位有摩擦異響、密封整體泄漏嚴重及出料箱和旋轉接頭擺動幅度大等故障，初步判斷為出料筒體發生偏心。筆者分析了故障產生的原因，結合設備本身，從出料筒體同心度出發，探求設備修復技術，以達到設備長周期穩定運行的目的。

1 結構及故障現象

蒸汽管干燥機由筒體(包括殼體、蒸汽管、汽室和錘擊器)、進出料螺旋(也可根據物料特點選擇溜槽式進料)、進出料端密封、加熱系統、傳動系統(包括電機、減速機、齒輪、托輪、托輪擋輪和滾圈)和潤滑系統組成[1]。它是一個帶有大量蒸汽加熱管(同心圓方式排列3 圈加熱管)的間接加熱型干燥設備，在其進料端和出料端均有隔離空氣的密封結構。其主體是略帶傾斜并能回轉的轉筒體，濕物料由其一端加入，經過轉筒內部時，與通過筒內的加熱壁面有效地接觸而被干燥，干燥后的物料由導料板導入隨筒體一起轉動的出料螺旋后被排出。

該蒸汽管回轉干燥機基本參數為：

筒體內徑 3 800mm

筒體長度 29 500mm

傳熱面積 1 612m2

機身轉速 3.8r/min

安裝傾斜度 1/40

筒體材料 316L

設備自重 250t

該蒸汽管干燥機運行幾個月后出現以下3個方面故障：

a.出料箱內側孔環與密封軸套抱死，軸套磨損，填料處冒煙，填料破壞，物料泄漏；

b.止轉桿彎曲，止轉銷墊板焊縫撕裂；

c.出料箱的定位支撐脫落，出料箱旋轉，管線破壞，金屬軟管破壞，泄漏嚴重。

直接表現為運行不平穩，振動沖擊大；出料箱部位有出現摩擦聲；密封不好，整體泄漏嚴重；出料箱、旋轉接頭擺動幅度較大。

2 拆檢狀況及分析

出料部位出現明顯跳動，判斷出料箱內壁密封部位圓跳動較大，或者是出料筒體(包括過渡法蘭)圓跳動較大，還有可能是出料箱和出料筒體都有較大的圓跳動。

2.1出料箱拆檢及分析

先對出料箱內壁兩密封面的圓跳動進行測量(圖1)，以軸承支架連接法蘭端面為底面、以軸承支架連接法蘭外徑為基準找正，百分表測量數據見表1。

圖1 出料箱標記示意圖

表1 出料箱原始數據統計表 mm

以整圓的對點分析對照表1數據，可以看出下1面中C-G對點的圓跳動偏差為0.25mm且最大，其圓心偏向于G點方向；下2面中C-G對點的圓跳動偏差為0.48mm，其相鄰的D-H對點的圓跳動偏差為0.75mm且最大,其圓心偏向于G點和H點方向；上2面中C-G對點的圓跳動偏差為0.80mm且最大，其圓心偏向于G點方向；上1面中C-G對點的圓跳動偏差為0.80mm且最大，其圓心偏向于G點方向。

據此可以得出：4組數據的圓跳動偏差均小于1.00mm，符合要求；4個面均偏向于同一個方向，即可知上下兩密封面的同心度較好；認為出料箱內密封面符合要求，不需要修復。

2.2出料筒體拆檢及分析

拆去金屬軟管、旋轉接頭、各種管線和出料箱后，對出料筒體的兩密封面的圓跳動進行測量(圖2)，百分表測量數據見表2。

圖2 出料筒體標記示意圖

表2 密封面原始數據統計表 mm

以整圓的對點進行分析對照，從表2中可以看出A面中60～240°對點的圓跳動偏差為10.10mm且最大，其圓心偏向于240°方向；B面中60～240°對點的圓跳動偏差為7.50mm且最大,其圓心偏向于240°點方向；C面中60～240°對點的圓跳動偏差為6.85mm且最大，其圓心偏向于240°點方向；D面中60～240°對點的圓跳動偏差為2.10mm，其相鄰的30～210°對點的圓跳動偏差為2.70mm且最大,其圓心偏向于240°點和210°點方向；E面中60～240°對點的圓跳動偏差為2.90mm且最大，其圓心偏向于240°點方向；綜合分析A、B、C、D、E面中的數據，還可以看出150～330°兩對點一線中的偏差最小，即可認為150～330° 線為標準線。

分析可知，A、B、C面的圓跳動較大，D、E面的圓跳動較小，而且均偏向于240°點方向。

現場可以看出出料筒體外部密封軸套磨損嚴重，從而導致密封不嚴，再加之其圓跳動較大，須對外部密封軸套進行更換；更換的新軸套外側電焊點焊，里側小電流間斷密封焊(防變形)。新軸套更換后，對出料筒體的兩密封面的圓跳動再一次進行測量，測量數據見表3。

表3 換新軸套新軸承后數據統計表 mm

以整圓的對點進行分析對照，從表3中可以看出B面中60～240°對點的圓跳動偏差為9.10mm，其相鄰的30～210°對點的圓跳動偏差為9.65mm且最大,其圓心偏向于240°點和210°點方向；C面中60～240°對點的圓跳動偏差為7.30mm, 其相鄰的30～210°對點的圓跳動偏差為7.40mm且最大,其圓心偏向于240°點和210°點方向。對比上述數據可知，內側軸套的圓跳動在3mm以內，而外側軸套比內側軸套的整體同心度偏差較大，需進行修復處理。

3 故障原因分析

結合故障現象、拆檢和機體測量數據，干燥機出料筒體發生偏心是造成設備故障的直接原因。而筒體發生偏心由以下幾個方面所引起:

a.出料不均，物料給出料筒體帶來連續變化的載荷，加之設備長時間轉動，連續變化的載荷就會改變材料的抗疲勞強度，導致筒體發生變形[2]；

b.筒體本身存在一定的應力，在連續變化的載荷作用下應力會釋放，導致筒體發生變形；

c.筒體本身存在一定的偏心，在連續變化的載荷和筒體長時間擺動的作用下，使偏心變大，從而也會導致變形。

4 同心度修復技術

4.1外側半軸體焊接反變形處理

由拆檢測量知，以內側軸套外表面為基準面，則外側軸套30°點和60°點方向的表面向圓心方向偏移，因此可以通過焊接0°點、60°點方向上的筋板來修復外側軸套的偏心度。

可做一直板條為參照，一側緊靠內側軸套30°點表面點焊，另一側懸臂于外側軸套30°點外表面并留出B點位置(圖3)，以便焊接反變形時作參照及反變形過程中測量B點的圓跳動值。因為設備中出料筒體上0°點、60°點、120°點、180°點、240°點、300°點方向上有筋板(圖3)，所以可以把直板條焊接于30°點方向上。焊接時，可以通過邊焊接邊測量的方法，每次測量后通過分析測量數據來確定下一次焊接的情況。

圖3 焊接位置示意圖

焊接參照直板條的各項參數為：

筋板材料 316L

筋板規格 700mm ×360mm ×16mm

L初始值 4.1mm

焊條材料 A022

焊條規格φ4.0mm

輸入電壓 380V

設定電流 164A

修復工藝如下：

a.如圖4所示，對1號位置進行劃線堆焊，焊后冷水急冷(急冷的方式能使變形最大)，塞尺測量L=4.1mm，結果L沒有變化。故采用碳弧氣刨刨坡口再焊接的方法。

b.對1號焊縫用碳弧氣刨刨出坡口，坡口寬8mm，深5mm，然后焊接并急冷，塞尺測量L=4.0mm，變化不大。繼續采用碳弧氣刨刨坡口再焊接的方法，加大坡口尺寸，增加焊接量，使焊接變形更大。

c.對2號位置進行劃線、碳弧氣刨刨坡口，坡口寬12mm，深7mm，然后焊接，焊后冷水急冷，塞尺測量L=2.7mm，變化明顯。繼續采用該方法，再次加大坡口尺寸。

d.為防止焊后的1號焊縫和2號焊縫局部預熱后應力釋放而導致筒體變形恢復，對離2號焊縫大概20mm的3號位置進行劃線、碳弧氣刨刨坡口，坡口寬20mm，深10mm，然后焊接并急冷，粗測量L=0.0mm。為了更精確地反映內外軸套的同心度，用百分表測量B點和D點的圓跳動值，結果顯示B點與D點在30～210°方向上有偏差，同心度差0.50mm左右 ，相對較小；在0～180°方向上有最大偏差，同心度偏差為1.00mm。

e.對4號位置進行劃線、碳弧氣刨刨坡口，坡口寬8mm，深5mm，然后焊接，焊后冷水緩慢冷卻(防止變形過度)，用百分表測量B點的圓跳動值，結果顯示B點與D點在30～210°方向上有偏差，同心度差0.45mm ，相對較小；在0～180°方向上有偏差最大，同心度偏差為1.00mm。

f.對4號焊縫進行碳弧氣刨刨坡口，坡口寬12mm，深7mm，然后焊接，焊后隔3min左右(其溫度大概降到1 600℃)用冷水急速冷卻(防止變形過度)。用百分表測量B點的圓跳動值，結果顯示B點與D點在30～210°方向上有偏差，同心度偏差0.10mm ；在0～180°方向上有最大偏差，同心度偏差為0.75mm。此數據已符合要求。

圖4 出料筒體焊接位置示意圖

為除去焊接產生的應力，防止設備因長時間運行其焊接應力自身釋放并產生更大變形，于是對焊接處進行整體熱處理，拆掉直板條，打磨點焊處至光滑，溫度140℃，保溫30min，用百分表測量B點、E點、F點的圓跳動值(表4)。

表4 熱處理后的數據 mm

由表4數據可知，B點與E點同心度最大偏差為1.00mm ，符合要求；軸承調整后F點的最大圓跳動值為1.85mm ，符合要求。

4.2過渡法蘭測量及修復

用百分表測量設備法蘭A點的圓跳動值(表5)。

表5 設備法蘭圓跳動值 mm

由表5列出的數據可知，設備法蘭在0～180°方向上有最大偏差，同心度偏差為2.60mm ，圓心偏向于0°方向。這種情況可以采用偏心3.5mm的偏心過渡法蘭連接，通過調整偏心法蘭可以抵消設備法蘭的偏心量，從而使其偏心達到最小值。

更換新的偏心過渡法蘭后，百分表測量過渡法蘭外徑的圓跳動值(表6)。

表6 新過渡法蘭圓跳動值 mm

由表6數據可知，過渡法蘭的最大同心度偏差為0.55mm ，符合要求。蒸汽管干燥機出料筒體同心度修復工作圓滿完成。

5 結束語

通過蒸汽管干燥機現場同心度的測量修復實踐，發現設備的同心對于回轉設備的運行特性有重要影響。設備制造精度和安裝精度是保障設備良好運行的基礎；循序漸進、分步驟的測量與修復方式能有效準確地確定設備故障特點，為確定下一步的維修工序提供數據支持；外側半軸體焊接反變形處理是修復技術的關鍵，碳弧氣刨刨坡口再焊接并迅速冷卻方法能有效完成變形修復處理。

[1] 孫松青.CTA回轉式干燥機的結構改進與運用探討[J].合成纖維工業，2010，33(1)：51～53.

[2] 鄭巍巍.轉筒干燥機裂紋產生原因分析及解決方案[J].大氮肥，2013，36(2)：127～130.