水泥廠輥壓機生產運行風險分析及防控

邵斐豪，馬 嘯，戴東楠

（中國太平洋財產保險股份有限公司，上海 200080）

0 引言

在承保多家國內大型水泥生產龍頭企業的過程中，保險公司風險工程師為大量水泥企業提供防災防損服務。水泥生產過程中使用的各類機電設備已經成為重要的生產要素，相對于原材料的選擇多樣性，各生產線尤其是核心關鍵設備是確保企業生產高產出率、高連續性、高效率性、高品質的基石。總結歷年風險查勘的情況，絕大部分企業的各類產線都存在設備瑕疵和小故障，設備管理部門基本維持“只要設備不強停，維保檢修放一放”的狀態。最為突出的就是水泥輥壓機，作為水泥行業生產的核心關鍵設備，存在工作環境惡劣、低速重載運行、載荷波動大、系統部件多、零部件老化等影響因素，再加上環保節能引起的頻繁啟停機，輥壓機在使用過程中難免出現故障。而輥壓機減速器又是重中之重，結合保險公司理賠案件的數據統計，始終是出險案件數量和賠付金額占比較高的關鍵設備之一。

1 減速機運行風險辨析

在各類輥壓機中，故障率、損失率最高的設備就是減速機，故對減速機運行狀態的分析、研究是首要任務。

1.1 潤滑油泄漏與機體發熱

在減速機運行的過程中，發熱和漏油的現象是普遍問題。在減速機連續長時間不間斷工作的同時，減速機內各個齒輪相互摩擦運行工況差、負載大，金屬齒輪間摩擦熱量大、升溫快，較易達到異常高溫；減速機內潤滑油在高溫環境下稀釋并改變分子性狀，從減速機各個縫隙中被擠出，又加劇了減速機的發熱情況。若對于潤滑油的使用缺乏科學、有效、成體系的管理模式，則會降低設備完好率、增加油耗量，造成經濟損失、環境污染，情況嚴重時還可能引起減速機少油、斷油，加劇齒輪嚙合面磨損，齒輪發生剝離或者咬焊，引發設備安全事故。

（1）滲漏泄漏。水泥廠各產線大多使用閉式減速器，實地查勘中發現有局部漏油情況發生，大致可將潤滑油泄漏情況做以下分類：①不同密封面，如靜密封面、動密封面；②不同機體部位，如低速軸伸出端與軸承端蓋軸孔之間縫隙、高速軸伸出端與軸承端蓋軸孔之間縫隙、箱體結合面；③不同故障，如油封失效、密封蓋彈出、通氣器漏油等。

（2）油溫過高。減速機運行中，減速機內部潤滑油溫度快速上升，若由于某些異常情況，如泄漏導致油量不足、超負荷導致部件磨損加劇等原因，潤滑油溫升較易超過既定上限工作溫度，直接引發潤滑油性狀改變，主要體現在稀釋和氧化，潤滑油失去壓力、潤滑、冷卻、吸振等關鍵作用，同時還會進一步產生大量油泥和酸性物質。在原本就比較惡劣的工作環境中，加劇了潤滑油失效的因素，超溫超壓情況下潤滑油分子間結合被打破，凝結性能、延伸性能大幅下降，導致齒輪表面、軸承等部件表面潤滑油覆蓋不足乃至流失，金屬部件失去潤滑油保護直接嚙合，溫度急劇升高、壓力急劇增大，很快就會形成點蝕、磨損、變形，若不及時維護保養，不久就會嚴重磨損乃至損壞。

（3）油品下降。無論何種潤滑油，在日常運行過程中都不可避免地面臨品質下降的問題，減速機中的潤滑油尤為甚之。金屬粉末、析出游離水、滲入空氣等都是污染物的主要來源之一，異物嵌入加劇磨損卡澀、酸性物質腐蝕金屬部件、氧化變質降低潤滑油黏度等都是主要問題表象。潤滑油中的成分和元素也隨著使用時間、使用工況而發生轉變，當某一元素超過正常參考值或產生異常變化，則可能意味著某些部件已經發生損傷或故障。

1.2 齒輪磨損與機體異響振動

減速機在經過長時間運行后，較為容易發出異響，且振動幅度、振動頻率產生異常，最終可能導致無法正常運轉。減速機發出異響或振幅變大、振動頻率不均，有較大概率是減速機固定螺栓松動、脫落或由于減速機內部的齒輪、軸承嚙合程度不良，此時減速機已經處于帶病運行過程，若不及時處理，有可能造成更嚴重機械損傷。減速機內各類型齒輪相互銜接工作，在長時間高溫情況下，零件金屬微結構改變，導致金屬零件失去物理性能。由于金屬對熱脹冷縮敏感，加大或減小減速機內部零件之間的間隙距離，會產生敲擊、打齒或抱緊、鎖死等情況，在壓力、溫度、潤滑程度、內應力等多重因素下，導致齒輪部件磨損的情況，影響減速機的正常運行，并大大降低其使用壽命。

（1）斷齒。齒輪局部或者整體出現斷裂，進一步可分為以下3種：①塑變斷裂，齒輪受到周期性的脈沖應力沖擊，材料本身達到疲勞極限，容易在齒輪根部產生裂紋并延伸擴展，最終導致斷齒；②疲勞斷裂，齒輪承受的應力存在較大波動，材料的彈性降低，疲勞增加，裂紋逐漸增加，齒輪承載能力下降最終導致斷齒；③過載斷裂，當齒輪承受的載荷遠超過其承受的最大限制導致斷裂。

（2）疲勞。齒輪做周期性運動，兩齒輪接觸是相互嚙合的過程，接觸面之間存在作用力與反作用力，由于嚙合點的變化，接觸應力也產生脈動循環變化。當兩齒輪的接觸面持續承受較大的剪切應力時，在齒面刀痕處會產生小裂紋，隨著接觸應力的反復作用與時間推移，裂紋由表面向齒輪內部延伸發展。齒面出現剝落與疲勞淺坑，主要就是齒輪表面裂紋增加、成環狀導致的。

（3）膠合。在減速機正常運行的過程中，齒輪表面覆蓋的潤滑油形成油膜承受壓力。當某些因素導致齒輪嚙合壓力過大時，潤滑油膜就會被擠破、撕裂，齒輪表面會在無潤滑油潤滑的情況下直接接觸。由于齒輪工作環境溫度高，加之失去潤滑油的保護，可能造成兩個齒面膠合在一起；當兩個齒輪發生相對運動時，齒輪表面金屬就會脫落，較硬的齒面將較軟的齒面上的部分材料沿滑動方向撕下而形成溝紋，造成齒面損傷。

（4）磨損。長時間運行后潤滑油中可能含有雜質，加上嚙合齒面間的相對滑動，使一些較硬的磨粒進入了摩擦表面，改變齒廓，加大側隙，導致齒面磨粒磨損。

（5）裂紋。裂紋分為制造裂紋和使用裂紋：制造裂紋主要由鍛造中的缺陷造成，如刮傷、折疊等；使用裂紋主要由使用過程中承受過大的應力造成，主要集中在受力較大且不均勻的部位，如輪輻、輪齒、輪轂和輪緣等。

2 減速機運行風險原因分析

2.1 潤滑油風險原因分析

（1）油量不當。在高速運轉過程中，減速機密閉空間內潤滑油油池劇烈擾動，加之潤滑油進油方式可能為點對點強制潤滑，在減速機內潤滑油飛濺。減速機內潤滑油量過多或過少都會導致設備故障：若油量過多，潤滑油容易在軸封、端蓋、結合面等處形堆積，形成油垢、導致漏油，增加軸承和齒輪等部件的運行阻力，電機能耗上升，散熱效率下降，油溫升高、黏度下降，表面的油膜變薄，正常的潤滑狀態被破壞，設備發生磨損；若油量過少，齒輪、軸承等轉動部件不能得到充分潤滑，油膜非常薄或不能形成油膜，不能起到潤滑作用，設備磨損往往比前者更嚴重。

（2）通氣不順。減速機工作環境的限制會使減速機出現通氣器堵塞或者通氣不順等現象，導致減速機內部因運行產生的氣體無法正常排出，引起箱體內部的溫度快速升高，大大增加箱體內部的氣壓，箱內潤滑油在壓力作用下會從設備縫隙處滲漏。

（3）維檢精細程度不夠。減速機的日常檢修對其正常運行有非常重要的意義，潤滑油的油量、油壓、油溫、油品等參數的日常及定期維護檢查至關重要，時刻掌握潤滑油的工作狀態才能確保設備產線正常運行，若密封膠、密封圈等部件的清理、更換、選型、安裝任何環節未按照標準流程進行都會影響后續生產。

（4）設計不合理。主要表現為未設計回油槽導致潤滑油聚集滲漏、未裝配通風罩導致內部溫度壓差不均、檢查孔蓋板材料太薄導致變形等情況。

（5）加工安裝精度較低。減速機對加工和安裝的精度要求較高，若設備的安裝精度沒有達到標準要求，減速機底座螺栓可能松動，引起高、低速軸孔處的密封圈磨損和機體振動加劇。若軸的精磨公差不到位、端蓋加工精度不夠、液體密封膠涂抹不夠或者箱體配合面粗糙度不夠等，都會產生不同類型的風險情況。

2.2 齒輪風險原因分析

（1）制造安裝誤差。減速機的齒輪在制造、安裝中極可能存在誤差不達標情況。每個齒輪可能都符合質量要求，但當多個齒輪組建成齒輪副時，誤差被疊加，影響整個機構的嚙合程度，可能會造成齒輪間過盈或間隙。運行時會額外產生高溫、壓力、應力，導致齒輪噪聲與振動頻率異常，進而發生風險事故。

（2）工作環境惡劣。減速機內部齒輪長期處于高溫度、高磨損、高應力、高振動的環境中工作，對每個齒輪的質量都是考驗。在如此惡劣的工作環境中，難免會造成齒輪的風險事件發生。

（3）消耗損傷加劇。齒輪表面、內部極易在生產過程中產生瑕疵，但損傷和損耗總量不超過設計允許值時，不會對齒輪產生較大的影響。當齒輪的損耗程度達到某個值或損耗速率下降過快后，則會從磨損演變為損壞。如在齒輪齒面拉傷、剝落的情況下，齒輪之間會互相撞擊，產生明顯的沖擊，加大磨損程度，引發齒輪風險事故。每一個齒輪的使用壽命都面臨很大的考驗，任何環節的瑕疵都會被不斷放大。

3 減速機風險管控措施

造成減速器損壞和事故的原因有很多，包括操作人員的不規范行為、軸承和齒輪的潤滑質量較差、減速器長時間高負荷運轉等。在設備日常運行過程中需要提前檢查各項參數，預防風險變成隱患，阻止隱患惡化為事故。

3.1 檢測長年限設備狀態

某些企業全套引進日本設備至今已投產接近20 年，后逐步國產化，有個別進口設備至今仍在服役。日本原裝設備因其獨特構造，企業設備管理部門多年來只對其做外部檢驗，未針對其特殊構造安排無損探傷檢測其內部齒輪情況。因原制造商已無法取得聯系，更無法獲得相關維護保養的技術指導，故企業只能繼續保持設備投產，當設備損壞后重新選擇國內供應商做置換處理。對運行年限長的關鍵機器設備安排定期狀態檢查，包括針對裂紋的無損檢測（NDT），全面掌握其狀態，并根據其缺陷情況采取針對性措施或者及時處理，避免設備意外損壞影響生產。

3.2 完善設備潤滑管理體系

潤滑管理是設備管理的重要環節，需要在管理和技術上采取一系列有效措施。

（1）潤滑油檢測。潤滑管理體系中，潤滑油檢測意義尤為重大，在針對一些無法直接開蓋檢查其潤滑部位的設備，通過對油液檢測的理化指標、污染度、光譜、鐵譜等信息的綜合分析，并參考設備的運行工況、設備現場維修保養記錄，可以有效實現機械設備的磨損故障診斷，找出設備故障發生的部位，確定故障的類型，解釋故障發生的原因，預測故障發生的時間，及時發現設備的異常磨損故障隱患，指導設備的狀態維修，避免重大惡性設備事故發生，降低設備維修費用。

（2）加大潤滑油加注培訓。建議企業在設備投入前，要求設備供應商對設備管理人員、設備使用人員、設備維修人員進行培訓，充分掌握各種潤滑油使用方法和補充更換周期，防止誤用潤滑油。

（3）建立潤滑油檢驗制度。企業內部應建立潤滑油監測制度，制定新油品檢驗制度和在用油品檢驗制度。新油品檢驗制度即在企業采購新油品時，必須要求油品供應商提供每批次油品的合格證及檢測報告，在有條件的情況下取油品小樣按要求進行檢測，復核所購油品的各項參數。在用油品檢驗制度應根據設備實際使用情況制定取樣送檢規范，確定周期與對應流程，并根據檢測結果及時按相關標準進行處理。

（4）規范潤滑油檢測周期。對于可能涉及減速機的主要設備潤滑油，規劃大致檢驗周期，如各類生料立磨、煤磨等關鍵設備的減速機、液壓站中的齒輪油和液壓油推薦檢測周期為6 個月左右，若使用新油品可適當放寬但不宜超過1 年。

（5）制定潤滑異常處理措施。常見的油品異常包括固體雜質污染、磨損異常等：固體雜質污染大多發現于粉塵濃度較高的磨機系統設備潤滑系統中，如輥壓機減速機、水泥磨主減速機；磨損異常大多發現于轉動設備長期運轉及磨合處，如立磨、回轉窯等。建議根據潤滑油異常情況制定不同的管理措施。

3.3 創建設備預測性維保框架

建議企業創建符合當下設備安全、高效運行的保養、維修方式，在故障發生前預判發生的可能性，以及時、科學的檢測，指導充分、有效的保養，輔以專業、高效的維修，逐步梳理“以養代修”的理念，打造對設備基于狀態監測的預測性運維框架，提高設備使用壽命、節約維修成本、提高企業經濟效益、避免重大事故發生。如設備的潤滑管理中，利用潤滑油監測磨損狀態的工作機理，通過對設備在用油中磨損金屬的顆粒分析，預測設備主要摩擦故障情況，診斷故障部位、原因和程度，根據監測結果進行保養或維修。

3.4 打造設備智能健康管理系統

在預測性維保框架下，建立一套設備智能健康管理系統，通過多種技術手段來掌握關鍵設備的狀態，準確評價設備狀態。在機器設備狀態管理智能共享系統或平臺中，將振動數據、潤滑管理（油液分析）、紅外熱成像等多種形式的機械設備狀態數據相互關聯、檢測、診斷，對設備故障的根源進行有效維修。將各設備的運行狀態數據，實時采集到數據處理平臺，通過專業數據分析，根據設備運行狀態信息和故障信息，對設備進行定點、定向的、有針對性的預測性維護和保養，根據監測手段所獲取的各種狀態信息，準確判斷故障原因和設備隱患。

4 結語

近年來，水泥行業面臨著國家宏觀經濟下行壓力增大、政府環境保護政策更加嚴厲、企業生產經營成本上升等諸多挑戰。提高生產精細化管理水平、降低生產成本迫在眉睫，杜絕設備帶病運轉，提高設備運轉率、降低設備故障率是設備管理效益的體現，是企業利益的保證。本文在對某水泥廠實地查勘了解的基礎上，結合保險公司的承保數據和理賠經驗，以減速機為重點分析風險原因，提出了相應的防控建議，供生產企業參考。