尿素造粒洗滌器風機軸磨損在線檢修方法和應用探析

于雷，林凱

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

1 設備結構參數

中海石油華鶴煤化有限公司（簡稱公司）年產30萬t合成氨、52萬t大顆粒尿素。公司的洗滌器風機是尿素造粒裝置關鍵設備之一，其運行參數值聯鎖至造粒系統，設備運行狀態直接影響尿素造粒的單日產量。該設備型號為Y5-2X51-11NO19.4F，結構形式為單級雙吸雙支撐離心式，電機驅動，通過膜片式聯軸節聯接，工作介質為過濾空氣。風機殼體為箱式剖分結構，進氣箱底部設有防旋板，熱態運轉有熱變形裕量。葉片為直板型，焊接在圓錐形前盤和平的中盤之間，葉輪與鑄鋼件軸盤采用螺栓聯接。軸承形式為雙列向心球面滾子軸承，可消除轉子跨距及撓度值的影響；軸承箱為飛濺自潤滑，內設鑄鋁輕質甩油盤；傳動箱軸頸密封采用機械迷宮密封。風機主要性能參數：流量為294096m3/h，進口大氣壓95.54kPa，風機轉速960r/min，軸功率524kW，效率83%。

2 故障現象

洗滌器風機在2020年1月開始出現振動值幅度逐漸上漲的趨勢。選取一個以30天周期的測量記錄：驅動端水平振值強度范圍2.1～5.4mm/s，垂直振值強度范圍2.3～4.2mm/s，平均溫度24.2℃。非驅動端水平振值強度范圍1.4～3.7mm/s，垂直振值強度0.7～2.4mm/s，平均溫度25.5℃。測量期間發生2次與平臺欄桿共振現象。該設備聯鎖值為驅動端水平振值或垂直振值≥6.3mm/s，運行穩定≥55℃。如果運行時振動值上漲至聯鎖動作，設備跳車會引起造粒系統停車。公司尿素產量因為造粒系統停車而受到影響，影響程度根據洗滌器風機的檢修周期正相關，所以在最短的時間內解決洗滌器風機振動值上漲的問題，讓設備平穩運行是十分必要又迫切的課題。

3 檢查及查找原因

根據初步判斷后的原因分析，利用造粒系統月度例行清洗工作的6h時間，對洗滌器風機進行停機檢查。按照先易后難的順序，首先，對運行記錄、DCS流量曲線、空氣過濾器、介質濕度和溫度、電機獨立試驗、聯軸器等進行檢查；其次，對軸承箱和葉輪進行內部檢查。檢查結果如下：（1）開停車記錄、DCS流量曲線正常；（2）空氣過濾器濾網干凈，進氣的空氣濕度和溫度正常；（3）電機獨立試驗振動值正常，聯軸器膜片無損傷；（4）軸承內圈有磨損劃痕（見圖1），安裝位置主軸表面有磨損痕跡（見圖2）；（5）葉輪與軸盤之間的聯接螺栓松動和2顆螺母脫落，螺栓孔偏心磨損。

圖1 軸承內圈磨損劃痕

圖2 主軸表面磨損痕跡

根據檢查結果進行原因分析，軸盤上的螺栓孔徑與螺栓過盈配合導致孔徑邊緣與螺栓摩擦，長時間摩擦和跟隨葉輪振動并在轉動方向上形成不規則孔徑，螺母預緊力因振動而降低開始出現松動甚至脫落的現象。葉輪振動導致微動不平衡，軸承和主軸之間開始發生磨擦，久之間隙擴大，產生軸承和軸的相對位移。綜合以上原因，設備在運行時表現出振動值緩慢和持續的上漲現象，當振頻與設備框架一致時產生共振現象。

4 在線檢修方案的論證和實施

4.1 制定檢修方案

根據檢查的結論制定檢修方案，對主要原因逐項進行技術改造，重點對葉輪、軸盤、主軸、軸承進行修理并采取措施避免類似問題再次的發生。因采購新主軸的周期較長，設備運行期間的安全風險很大，時間對于本次設備檢修尤為重要，所以選取冷焊技術來修復受損部位。冷焊修復技術特點一是焊接補充時溫度在40℃范圍上下，焊補點附近金相組織不會發生改變。特點二是可以選擇電極材料來實現修復材料不同硬度。根據新技術特點制定了兩種檢修方案，如下： （1）方案一是常規類檢修方案。首先，對軸磨損部位用冷焊填補材料，再進行在線機加工車削至圖紙尺寸數值；其次，對螺栓孔徑統一擴孔至就近標準值，采用自鎖式螺栓；最后，對轉子做動平衡。該方案優點是檢修徹底，可以解決振動值上漲的問題，可以實現長周期的運行，采用的技術資源充足，安全風險全程可控；缺點是檢修時間長，雖然比設備解體大修用時短，但是，按工序排列需要5d的時間，影響尿素出料5d的產量。尿素產量按照1860t/d計算，需要損失9300t尿素產量。（2）方案二是應急類檢修方案。首先，對主軸磨損部位進行全面的測繪，畫出磨損量分布圖，再對軸承內圈用冷焊填補材料，然后進行機加工車削至測量數值；其次，對葉輪進行在線微調，將螺栓和螺母焊接在軸盤上；最后，?對轉子做在線動平衡。該方案優點是檢修時間短，5h內完成在線處理部分的工序，完全可以利用造粒系統月度例行清洗時間窗口完成，不影響尿素出料產量。缺點是需要提前停機1次用來測量主軸磨損分布數據，多損失1件軸承，雖然可以解決振動值上漲的問題，但是，振動值還是會偏高。

4.2 實施檢修

根據技術可行性論證和效益可行性論證后，在沒有成熟經驗可供借鑒的情況下，選擇創新的應急在線檢修方案。方案實施步驟如下：（1）2020年2月的造粒系統例行清洗時間窗口，對洗滌器風機軸承箱檢查，測繪制圖。采用象限取樣法，選取100個點測量軸、軸承內圈磨損值在0.83～0.93mm，繪制磨損分布圖紙并標記尺寸。（2）2020年3月按照測繪圖紙尺寸對新軸承的內圈進行冷焊焊補，焊補材料硬度控制在洛氏硬度HRC52～55范圍值，軸承內圈填補厚度選擇0.93mm，過盈值0.02mm（用軸承加熱器試驗軸熱膨脹0.028mm）。（3）2020年3月利用造粒系統例行清洗時間窗口，對軸承箱進行檢修，更換加工后的軸承。安裝探頭收集葉輪轉動數據，調整葉輪角度，焊接葉輪和軸盤之間的螺栓。根據計算公式用電腦計算出需要添加配重量和位置，轉子做在線動平衡。本次在線檢修全部用時5h，設備運行后測量驅動端水平振值3.2mm/s、垂直2.2mm/s、溫度36.5℃。非驅動端水平振值2.1mm/s、垂直1.2mm/s、溫度30.3℃。風機運行期間制定特護方案，增加數據測量頻次，測量期間振動值沒有上漲，達到預期效果。

4.3 注意事項

本次應急檢修是采用一種新型低溫焊接技術對軸承進行修補，來解決生產現場實際問題的應用實踐。因洗滌器風機轉速屬于中轉速設備，通過此次試驗已經達到應急檢修目的，但是，暫不建議在高轉速的設備上應用，主要考慮的是冷焊焊補后的材料硬度是否適合，尚未有數據驗證。

5 結語

洗滌器風機檢修后平穩運行，直至公司開展年度大修期間對該設備全面解體大修。本次檢修方案不但為公司避免了尿素產量的損失，同時本次應用的在線應急檢修方法也為生產運維提供了一種檢修思路和方法。根據冷焊技術的特點，在化工檢修過程中，可以考慮適當采用冷焊技術對中低轉速軸、法蘭、管件等鍛件進行局部修復和其他應用等。