鍋爐煙氣再循環風機軸承故障診斷分析

李 磊，成 果，馬海余

（1.蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州 730060；2.蘭州石化公司化工儲運中心，甘肅蘭州 730060；3.蘭州石化分公司機電儀運維中心，甘肅蘭州 730060）

0 引言

能源作為社會發展的動力源泉，同時也是社會經濟增長的物質基礎。我國在能源戰略中長期發展的規劃中，能源電氣化是主要方向，并且可以有效推動社會經濟轉向綠色發展[1]。余熱回收可以做到有效提高能源利用效率，鍋爐煙氣再循環系統可以對余熱進行回收利用。

1 監測簡介

2023 年1 月，公用工程一部動力與水處理區域出現振動異常信號，排查發現故障來源為1#鍋爐裝置煙氣再循環風機系統，現場生產要求鍋爐持續運行，無法滿足長時間停止運行的需求，當停機過久時，可能導致不滿足生產需要，并為生產現場帶來很大的困難與隱患[2]。在發現異常情況后，現場迅速通知相關人員，相關的監測人員對監測數據進行及時且詳細的分析，及時發現故障來源，并進行排查。

1.1 循環風機測點布置

循環風機包括軸承座、風機、電機等（圖1），沒有布置固定測點，監測人員在采集數據時，針對風機兩個軸承座的水平（H）、垂直（V）、軸向（A）共6 個位置進行采集數據，圖1 中1 測點為驅動端軸承座；2 測點為風機葉輪側軸承座。

圖1 風機測點

1.2 風機主要參數

該設備型號為XOEI53-63，介質為煙氣，溫度250 ℃，壓力651 Pa，風量3364.8 m3/h，設備轉速2970 r/min，功率90 kW，寧波伯克杰特工業風機有限公司生產，軸承型號為滾動軸承SKF2218K，D=200 mm，d=110 mm，n=18，N=970/60 r/min=49.5 r/min（D：外環直徑，d：內環直徑，n：滾動體數目，N：轉速頻率）[3]。

1.3 監測數據

根據各測點的振動監測數據，對驅動端（1V、1H、1A）及葉輪端（2V、2H、2A）軸承座數據進行了頻譜分析。檢修前各測點振動值見表1。

表1 檢修前各測點振動值

頻譜圖、波形圖及peakvue 頻譜如圖2 所示。

圖2 驅動端2H、2V 方向速度、Peakvue 頻譜

2 故障分析

該風機為環保設備，須各部門溝通后處理，暫時進行監測特護運行。1 月11 日至15 日特護監測運行數據無波動，1 月16 日再次補充潤滑脂后數據（泵驅動端：水平1.9、垂直4.2、軸承沖擊24.9 g′s，泵自由端：水平1.8、垂直2.8、軸承沖擊6.4 g′s）均有明顯好轉。

從現場技術員了解到該軸承為滾動軸承，查詢軸承故障相關特征頻率經驗公式[3]，將現場實際設備參數代入相關經驗公式，得出故障頻率，SKF2218K 軸承相關部位的結果如下：①滾動體故障頻率：BSF≌N（0.5-1.2/n）=21.78 Hz；②保持架故障頻率：FIT≌N（0.2n-1.2/n）=195.03 Hz；③內環故障頻率：BPFI≌N（0.5n+1.2）=554.4 Hz；④外環故障頻率：BPFO≌N（0.5n-1.2）=435.6 Hz。

結合振動數據及圖譜分析，400 Hz 故障頻率與軸承外環故障特征頻率435.6 Hz 相吻合，故判斷驅動端軸承外圈和滾動體存在點蝕、保持架出現故障。建議立即停機檢修，1 月18 日停機檢修。更換2218K 軸承1 套，加注防水耐高溫潤滑脂回裝并試車。400 Hz 外圈故障頻率消失，PK+值恢復正常范圍，與故障判斷分析基本一致。

診斷結論如下：①軸承的整體結構分析結果表明，故障點可能存在于軸承的外環；②經過專家的診斷分析，建議該機組進行停車，并整體檢修，在檢修期間，需注意對軸承、葉輪等部分的檢修；③現場工況復雜，并且因為需要連續性生產，壓縮機組暫無法進行停車檢修操作，為應對這種情況，需向該軸承內部空間強壓入過量潤滑脂，與此同時，需進一步加強對該機組的狀態監測，例如監測軸承溫度，一旦溫度出現較大波動則需要立即停車，以防止故障的發生，如抱軸的現象[4]。

3 現場驗證

3.1 拆機檢查

2023 年1 月18 日，經過檢修人員拆檢，發現如下問題：①軸承2218K 外圈損壞明顯，坑槽可能是異物導致（但未發現，保持架未發現缺陷）（圖3a））；②滾動體劃痕與外圈坑槽有關（圖3b））；③更換2218K 軸承1 套，加注防水耐高溫潤滑脂回裝并試車。400 Hz 外圈故障頻率消失，PK+值恢復正常范圍，與故障判斷分析基本一致。

圖3 2218K 軸承故障

3.2 試車運行評價

檢修后試車各測點振動值見表2，檢修后軸承驅動端頻譜如圖4 所示。

表2 檢修后試車各測點振動值

圖4 更換軸承后驅動端2H、2V 方向速度頻譜

3.3 監測總結

各測點數據均在標準范圍，軸承部件故障頻率的準確性是導致判斷準確率的唯一標準，加強故障頻率計算分析能力，軸承安裝過程避免異物進入軸承盒內，杜絕此類故障發生。更換軸承后，送風機在驅動端軸承的振動值降至2.13 mm/s 以下，說明現場設備運行情況良好。故障特征頻率情況顯示，設備不存在軸承外環故障特征頻率，說明維持該狀態保持軸承健康運行。

4 故障總結

現場設備出現振動異常信號后，經過排查，發現故障來源為1#鍋爐裝置煙氣再循環風機系統，對現場情況進行診斷分析，結果表明產生故障的主要原因是潤滑脂被嚴重污染，同時軸承間隙過大，最終造成軸承失效。被污染的潤滑脂導致滾動體表面與滾道產生點痕，軸承間隙過大使軸承內環滾道表面存在劃痕，導致軸承的振動參數出現較大波動，最終導致軸承磨損失效[5]。

對該故障進行診斷分析后，總結現場維修處理經驗如下：今后在現場維修、維護中，要確保新軸承的安裝操作符合相關標準，并注意軸承鎖緊，保證螺母到位；在加注潤滑脂方面，需要確保加注器的干凈，保證潤滑油油質不受到外界污染等事項；設備故障發生后，要及時進行排查，并對數據進行整理分析，找到相關故障發生原因、總結經驗，避免類似的情況再次發生。