BDO運行部循環風機故障原因分析與改進

邵彥順

摘 ?要：某公司裝置循環風機為三葉羅茨風機，在運行4年中出現了一些故障，本文對出現的故障進行了整理分析，對風機振動超標、機械密封失效、膨脹節破裂、減速箱和齒輪箱油溫異常等設備問題進行了分析并改造。

關鍵詞：羅茨風機;機械密封;振動超標;改進

循環風機型號為RBS 225/TMD-V，主要由電機、減速機、聯軸器、主機、撬裝機座5部分組成;主機包括機殼、主從動葉輪、同步齒輪、軸承座、墻板、密封等。風機入口和出口設有消聲器，主機、電機和減速機由同一個鋼底座承重，底座設有減震器。轉子材質為球墨鑄鐵GS400-15， 殼體和墻板材質為灰鑄鐵G250，主軸為合金結構鋼整體鍛造，齒輪為合金鋼。主要技術參數：電機功率500KW，主機軸功率416.8KW，主軸轉速1220RPM，轉子直徑639mm，轉子長度1110mm，進氣壓力0.52bar，進氣溫度51℃，排氣壓力1bar，排氣溫度85℃，氣體流量29133Nm3/h。

1 存在的故障現象

6臺循環風機自2014年7月投運以來，設備振動值均在15～20mm/s之間，極限達到32mm/s，未達到振動值小于10mm/s的技術要求;按照石油化工旋轉機械振動標準分類風機屬于Ⅲ類設備，按照振動烈度評定等級屬于D區“不允許”運行狀態。設備在長期處在高頻率振動、反復載荷狀態下，對轉動部件造成疲勞損傷、脆性破壞，使用壽命降低，設備故障頻發，導致甲醛裝置多次停車，主要設備故障如下：

1.1 機械密封失效

風機運行2個月后機械密封介質側動靜環端面磨損，動環端面外圓崩口，腔體、壓蓋內有大量污漬，軸套上浮動位置處有磨損，彈簧有腐蝕斷裂現象。機械密封泄漏量大，密封水進入系統，因鐵鉬法甲醛工藝的特殊性，輸送介質甲醛和水含量過高會造成甲醛聚合，附著在風機腔體內壁和轉子表面，導致系統帶水量大造成反應器催化劑床層無法升溫、破壞催化劑的嚴重后果。

循環風機介質為：2.495% H20 、0.038% HCHO 、1.091% CH30H、1.091% CO、0.194% DME、81.367% N2、0.032% CO2、1.411% Ar、13.315% O2，甲醛等有害物質泄露將污染環境，對現場操作人員的人身安全造成極大的傷害，密封問題急需解決。

1.2 減速箱和齒輪箱油溫高

油溫長期在85℃～110℃，潤滑油粘度降低、潤滑性能下降，造成軸承使用壽命低，出現多次軸承抱軸事故，現場被迫投用工廠風強制冷卻。

2 故障原因分析

2.1 風機振動超標原因分析

（1）羅茨風機屬于容積式壓縮機，廠家為降低成本，通過減小機型、齒輪箱將電機轉速增大1.64倍的方式達到要求風量，轉速越高，振動越大。設計選型偏小是風機振動超標最根本的原因。2018年年5月5日投入運行一臺國產風機，轉速只有741RPM，振動值明顯低于進口風機。（2）風機轉子因鍵槽不密閉、平衡孔擊穿，轉子內部進水，導致風機動平衡破壞無法運行;（3）循環風機基礎較為薄弱，風機振動大引起基礎出現裂紋，使振動進一步擴大。

2.2 機械密封失效原因分析

（1）風機轉子較重，轉速又高，支撐采用滾動軸承，軸承損耗較大、壽命降低;風機采用機械密封，機械密封對間隙值要求較高，軸承磨損后，間隙值變大，密封效果降低，造成泄漏。（2）機械密封形式采用多彈簧式雙端面機械密封，靜環材質為硬質合金，動環為碳化硅，沖洗方案采用PLAN54。密封水為循環水，循環水水質較差，對彈簧腐蝕， 導致密封面偏磨，造成機械密封內漏;密封水進入腔體造成內部結垢、系統帶水量大。

2.3 減速箱和齒輪箱油溫高原因分析

物料氣溫度高，轉子轉速高是減速箱和齒輪箱溫度高的直接原因;減速箱內設計的冷卻盤管管徑小、彎頭多、換熱面積不足，冷卻水管線堵塞造成換熱效果差，致使傳動軸承長期高溫;齒輪箱采用飛濺潤滑、未設計減溫裝置。減速箱及齒輪箱各潤滑部位油溫達到110℃，接近軸承使用極限溫度，使用壽命降低。

2.4 金屬膨脹節破裂

因膨脹節與風機連接的管道配管不合理存在管道應力;風機振動較大，膨脹節緩沖效果較差，管道與風機形成共振，進出口膨脹節在交變載荷的工況下陸續出現U型波峰處裂紋失效。出口單向閥不符合規范，未設置閥瓣開啟限位裝置，導致甲醛一套三臺風機開機后出口管緊臨單向閥的膨脹節被閥瓣打破。

3 采取的改進措施

3.1 風機振動超標問題處理

（1）風機轉子上鉆小孔，將內部的水甩出，在一定程度上降低因轉子不平衡產生的振動。（2）循環風機基礎為彈性基礎，基礎較為薄弱，因風機振動較大基礎出現裂紋。2018年6月15日檢修時對循環風機基礎出現的裂紋進行了焊接加固，加固后循環風機C07120101C減速機端和減速機水平方向的振動值從23.1mm/s降到了10mm/s以內。由此可見，風機基礎不牢固是也造成振動大主要因素之一。（3）風機找正不好也會引起振動值超標，在每次檢修時檢查風機的對中情況，定期緊固地腳螺栓。

3.2 機械密封改造

因現場條件限制，循環水無法使用，機械密封只能改成氣封。改造基于以下四方面進行：第一是避免風機帶水;第二是密封甲醛氣體可靠; 第三是有效克服機組開停機對密封產生的損壞;第四是密封產生的熱量適宜，避免密封溫度過高導致同步齒輪箱油溫升高。通過技術分析，最終選擇在原來機械密封的腔體內安裝迷宮密封和碳環密封相結合的復合式組合密封。復合密封內側采用迷宮密封通過多齒節流，減少介質壓力起到密封效果;外側采用小間隙碳環密封，進一步減低泄漏;在迷宮密封和碳環密封腔體均充入密封氣，起到冷卻及密封的效果。軸套外圈與碳環密封接觸面，噴涂陶瓷，增加軸套的耐磨性和使用壽命。優化改造復合密封后在不增加強制冷卻的情況下，軸套溫度最高為66.5℃，密封效果良好。

3.3 減速箱和齒輪箱油溫異常問題處理

（1）通過運行觀察發現當潤滑油位超過一半時會造成風機油溫高，潤滑油位保持在油視鏡一半時為宜;（2）改造冷卻水管線提高冷卻效果;（3）2018年年7月二套甲醛循環風機獨立油站投用后，風機油溫降低8℃ 左右。

3.4 膨脹節改造

在相同的外形尺寸條件下，非金屬波紋膨脹節的補償功能比金屬膨脹節的大得多，將金屬膨脹節更換為橡膠膨脹節;消除管道應力，依據工業管道的設計規范要求，除了設備所提供的固定點外，在進出口管道彎頭處增設固定支架，解決了管道與設備共振的問題。

4 結束語

對于以上出現的設備問題進行技術優化和改進，目前設備基本運行正常，油溫控制在90℃以內，振動值在12mm/s以下，考慮到轉速較高、減速機找正困難，及設備選型存在先天缺陷，建議后續從直聯式降低轉速等方面設計改型，徹底解決甲醛裝置長周期瓶頸問題。

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