化工裝置循環(huán)水冷卻塔的風機故障及預防措施

邱應(yīng)杰(河南晉煤天慶煤化工有限責任公司，河南 焦作 454550)

0 引言

對化工裝置而言循環(huán)冷卻水至關(guān)重要，它直接關(guān)系到工藝指標的控制和設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，尤其在高溫度夏期間，更是化工裝置安全穩(wěn)定、滿負荷運行的根本保障，對于連續(xù)運行的生產(chǎn)裝置更是如此，如果突發(fā)故障進行檢修更會對系統(tǒng)產(chǎn)量消耗及設(shè)備安全造成較大影響。文章通過總結(jié)分析項目投產(chǎn)幾年來的常見故障及原因，剖析出了問題的根源，制定出有針對性的切實可行的應(yīng)對措施，避免了故障發(fā)生。制定的科學點檢及定期維護方案，可以及時發(fā)現(xiàn)隱患、消除隱患，避免隱患發(fā)展成為故障，甚至造成事故，有效保障了裝置的穩(wěn)定運行。

1 化工循環(huán)水冷卻塔風機結(jié)構(gòu)形式

我公司有五座循環(huán)冷卻水裝置，均采用的是開放式的抽風式冷卻塔。通過風機強制對流抽風，空氣在與循環(huán)水回水噴頭噴出的水霧逆向接觸時，實現(xiàn)降低水溫的目的。

循環(huán)水風機主要組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示，分別為：風筒、風機葉片、減速機、傳動軸、電動機、以及各自的支撐結(jié)構(gòu)和建筑。

圖1 循環(huán)水冷卻塔風機結(jié)構(gòu)示意圖

設(shè)備安裝結(jié)構(gòu)如下：電機安裝在風筒外邊的電機基礎(chǔ)上，通過傳動軸與處在風筒正中央位置的減速機連接，傳動軸采用的是輕質(zhì)碳纖維材料，既減輕重量又保證了剛性。減速機內(nèi)部采用圓錐齒輪和圓柱斜齒輪咬合傳動，將水平轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪鞭D(zhuǎn)動方向，風機葉片安裝在減速機上，組合后安裝在風筒正中央基礎(chǔ)上。風機葉片安裝在轉(zhuǎn)動軸上有一定的角度，來調(diào)整風機葉片受力及風量大小，也決定了風機葉片承受荷載能力，一半傾斜角度固定不變。

2 冷卻塔風機故障帶來的影響和危害

循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)主要為壓縮后的氣體、發(fā)生冷凝相變的介質(zhì)冷卻，以及電機定子、各類軸承、液力耦合器、機組潤滑油站等需要冷卻的介質(zhì)進行冷卻降溫，保證溫度穩(wěn)定在指標范圍之內(nèi)，從而實現(xiàn)工藝轉(zhuǎn)化和設(shè)備的穩(wěn)定運行。風機一旦發(fā)生故障，主要危害如下：

2.1 工藝氣介質(zhì)溫度增高，能耗增加，影響產(chǎn)量消耗

循環(huán)水溫升高后，作為壓縮后冷卻的氣體溫度會升高，表現(xiàn)為氣量虛高，從而造成壓縮機設(shè)備做工增加，能耗增加，例如合成氨系統(tǒng)中，水冷器后溫度提高后，會造成一級氨冷器和二級氨冷器后溫度都上漲，影響合成反應(yīng)生成氨的冷凝和分離，氨產(chǎn)量減少。同時分離不下來的氨通過循環(huán)氣混合新鮮氣后，提高了新鮮合成氣氨含量，對于合成氨可逆反應(yīng)而言，增加了反應(yīng)生成物濃度，增加了副反應(yīng)，同樣減少氨產(chǎn)量；合成氨裝置合成氣壓縮機，以及尿素CO2壓縮機工作時候，氣體溫度上漲后，在同樣壓力及負荷情況下，壓縮氣量明顯降低，造成產(chǎn)量下降、壓縮機功耗增加等一系列問題。

2.2 設(shè)備溫度上漲影響使用壽命造成設(shè)備損壞

水溫上漲后會造成電機定子溫度、軸承溫度、機封溫度上漲，輕則軸承、機封等的使用壽命減少，磨損增加。重則軸承、電機或者機封直接損壞，或者抱死，造成單機設(shè)備故障損壞，容易引發(fā)設(shè)備次生故障或事故，給設(shè)備安全穩(wěn)定運行帶來巨大威脅。

2.3 工藝指標偏離，引發(fā)工藝或設(shè)備事故

循環(huán)水溫度上漲后，各處用水冷卻的介質(zhì)工藝指標超過允許范圍，單獨對于設(shè)備而言通過溫度連鎖保護，確保了設(shè)備不至于損壞，但是設(shè)備的突然超溫跳車，根據(jù)設(shè)備在工藝環(huán)節(jié)所處的位置，會次生出超出設(shè)備跳車本身更大的災害甚至事故，可能遠遠超出我們的承受范圍。因此，認真分析避免風機故障引發(fā)的后續(xù)故障才是重中之重。

3 循環(huán)水冷卻塔風機的故障原因分析

3.1 減速機故障分析

3.1.1 設(shè)備磨損老化

減速機內(nèi)部齒輪主要由一個圓錐齒輪和圓柱斜齒輪咬合傳動，設(shè)備長時間運行會造成齒輪磨損老化，間隙增大。運行時出現(xiàn)減速機軸承振動增大，減速機軸承溫度升高等現(xiàn)象，問題繼續(xù)發(fā)展就會出現(xiàn)設(shè)備溫升膨脹加劇，設(shè)備故障抱死損壞，無法正常運行。

3.1.2 檢修組裝精度不夠

減速機結(jié)構(gòu)看似簡單，但在檢修過程中更換齒輪最關(guān)鍵的就是齒輪間隙的調(diào)整，如果間隙調(diào)整不達標，組裝精度不夠，聯(lián)軸器找正對中不合格，亦或是減速機發(fā)生較大故障后，減速機本體受到損傷，檢修只對齒輪進行更換，減速機本體不更換，雖然齒輪更換了但是仍然達不到應(yīng)有的組裝精度，不能很好地咬合，造成設(shè)備振動異響嚴重，不能穩(wěn)定長周期運行，容易導致軸承溫度和振動偏高。為此，在化工企業(yè)減速機檢修作業(yè)時，要安排有資質(zhì)和有經(jīng)驗的維修工進行檢修，以確保檢修質(zhì)量。

3.1.3 減速機漏油缺油或者油品變質(zhì)

減速機油杯油管漏油，或者油位下降未按要求添加，導致減速機缺油；或者油品長時間未更換造成油品變質(zhì)，各項指標不達標，均會造成齒輪運轉(zhuǎn)和減速機軸承冷卻潤滑不到位，長時間造成軸承溫度升高，嚴重的造成軸承燒干抱死，減速機損壞無法正常運轉(zhuǎn)。另外，減速機直接抱死后，在電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)的強大扭矩作用下，造成碳纖維轉(zhuǎn)動軸破損斷裂。嚴重的會造成轉(zhuǎn)動軸飛出，導致風筒、葉片等設(shè)備的二次破壞，甚至會造成其他次生事故。我公司就出現(xiàn)了一起由于缺油導致的減速機抱死，造成傳動軸斷裂的故障。

3.1.4 減速機地腳螺栓松動或斷裂

長時間的運轉(zhuǎn)和輕微振動會造成減速機地腳螺栓松動，加上設(shè)備連續(xù)運轉(zhuǎn)未能及時發(fā)現(xiàn)，造成螺栓完全松開，減速機失去固定作用，振動隨之更加嚴重，有時會造成地腳螺栓斷裂現(xiàn)象，致使風機運行聲音和振動異常增大，無法正常運行。而且檢修恢復困難，必須拆除預埋在減速機基礎(chǔ)的混凝土，重新預埋地腳螺栓，時間較長至少得2～3 天，尤其是高溫夏季，對循環(huán)水溫度及整個工藝溫度指標調(diào)整影響較大。

3.1.5 減速機和電機基礎(chǔ)沉降偏差

此類循環(huán)水風機安裝位置是：風機電機基礎(chǔ)安裝在循環(huán)水頂層基礎(chǔ)上，減速機安裝在風筒中央混凝土框架上，正常設(shè)備找平和對中后，減速機、傳動軸和電機軸承處于一條水平線上維持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，但是由于兩邊基礎(chǔ)沉降系數(shù)不一致，造成電機和減速機水平高度出現(xiàn)偏差，減速機和電機與傳動軸的聯(lián)軸器處，兩處螺栓連接均出現(xiàn)不同心張力，運轉(zhuǎn)振動增大，時間長了造成聯(lián)軸器歪斜，間隙不均，受力張開，甚至螺栓孔掰裂，風機故障停運，簡單找正不能解決問題，我們遇到過一起風機減速機下沉過大，找正墊鐵需要增加約5cm，墊鐵后地腳螺栓不夠長度，最終將所有地腳螺栓重新預埋，故障得以排除。

3.2 電機故障分析

3.2.1 電氣故障

由于控制線路或動力電路故障，操作柱接觸不良；或者電氣問題導致設(shè)備無法正常啟動；或者運行過程中造成跳車，無法正常啟動運行；或者出現(xiàn)電機內(nèi)部短路故障造成電機燒毀，無法正常運行。

3.2.2 電機潤滑不到位，軸承故障

由于點檢和巡檢維護不到位，造成電機本身軸承缺油，加上此類電機無在線檢測系統(tǒng)，很難發(fā)現(xiàn)前期異常情況，導致問題逐漸擴大，直至軸承散架或者嚴重的造成直接抱死，發(fā)生故障無法運行。

3.3 傳動軸故障分析

3.3.1 傳動軸本體上結(jié)垢轉(zhuǎn)動不同心

循環(huán)水風機傳動軸處于風筒內(nèi)部的部分，長期處在潮濕和濕熱環(huán)境下，在軸穿過風筒的環(huán)隙處，由于外界空氣進入風筒，夾雜著灰塵等物資，容易在環(huán)隙內(nèi)部軸本體上結(jié)成堅硬的垢，而且結(jié)垢不規(guī)則不同心，運轉(zhuǎn)起來的傳動軸出現(xiàn)晃動增大，振動增加。長時間會造成聯(lián)軸器螺栓松動，法蘭口開裂，傳動軸發(fā)生故障。

3.3.2 傳動軸老化彎曲開裂破損

首先傳動軸跨度較大長達4m 多，另外，碳纖維材質(zhì)的傳動軸在長時間服役運行期間，會出現(xiàn)風化和疲勞衰老，老化后剛性下降。傳動軸在轉(zhuǎn)動離心力作用下出現(xiàn)軸彎曲，動平衡劣化。同時，轉(zhuǎn)動軸最容易發(fā)生故障的部位是軸兩端的法蘭配合面和螺栓孔，極易出現(xiàn)螺栓松動，螺栓孔越套越大，連接面受力劣化，無法正常連接，造成不對中，動平衡失衡，造成設(shè)備故障。

3.4 冷卻塔風葉故障

3.4.1 風葉老化破損動平衡失衡

我公司風機葉片采用內(nèi)纖維玻璃鋼材質(zhì)，由于長期運轉(zhuǎn)，風葉材質(zhì)老化，部分風葉開裂破損，造成旋轉(zhuǎn)受力不均，風機失衡，加上葉片較長，易發(fā)生變形損傷，同樣風機葉片上也容易結(jié)垢，結(jié)一些藻類和硬的鈣類垢，長時間運行造成減速機受力不均，發(fā)生故障。

3.4.2 風筒變形風葉受力不均甚至摩擦

風機葉片與風筒之間的間隙必須處于一定范圍內(nèi)，由于風筒上人孔位置漏氣的原因，造成部分空氣從縫隙進入風筒，影響風葉旋轉(zhuǎn)下方風壓，造成風筒振動，長時間振動引起風筒變形，甚至出現(xiàn)風葉與風筒摩擦的現(xiàn)象。極易造成風葉損壞，影響到減速機和傳送軸的運行。如不能及時發(fā)現(xiàn)問題，一段時間后便出現(xiàn)風機故障不能正常運行。

4 針對易發(fā)故障采取的預防措施

4.1 加強設(shè)備巡檢及時發(fā)現(xiàn)異常

由于風機處于循環(huán)水頂部，極易出現(xiàn)操作人員巡檢不到或者偷懶不巡檢等現(xiàn)象，造成不能按時、按頻次進行巡檢，發(fā)現(xiàn)問題滯后；要加強風機巡檢，至少每4 小時巡檢一次，綜合對風機和電機運行聲音進行判別，對電機前后軸振動進行檢測，對油杯液位，風機運行電流等進行全面檢查，以判斷運行設(shè)備的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題要立即倒機或者短停風機進行詳細檢查確認，防止故障擴大造成設(shè)備損壞，減少損失。

4.2 定期進行輪換倒機全面檢查維護

除了巡檢外，即使設(shè)備運行正常，也要定期輪換倒機進行全面檢查維護。冬季氣溫低風機運轉(zhuǎn)率低，至少每2 個月倒換一次。夏季氣溫高風機運轉(zhuǎn)率高，至少每月倒換一次，對停下來的風機進行全面檢查。檢查內(nèi)容包括：風機風筒、葉片、傳動軸有無缺陷，電機聯(lián)軸器、減速機和電機的地腳螺栓有無松動，軸承對中是否在指標之內(nèi)，以及在設(shè)備運轉(zhuǎn)中無法檢查的內(nèi)容進行全面的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

4.3 加強設(shè)備潤滑和潤滑油的管理

一方面加強潤滑油品的管理，定期(夏季每1 個月，冬季每2 個月)對風機減速機內(nèi)部油品進行取樣分析，對乳化或者變質(zhì)的油品及時進行更換，確保潤滑效果。對長期運行的風機每兩年要更換一次油品。另一方面，加強設(shè)備潤滑巡檢，在每次崗位巡檢的時候，必須確保油杯油位處于正常液位1/3-2/3 處，同時不能有漏油現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)泄漏或者油位低，要及時處理，避免因缺油造成的減速機損壞而引發(fā)的風機故障。

4.4 將風機電機進行技改，成為變頻調(diào)節(jié)

在氣溫變化大的情況下，會頻繁進行水溫調(diào)整，勢必會造成風機頻繁啟停的操作，工頻啟動電機啟動一剎那對聯(lián)軸器、傳動軸甚至減速機和葉片都會形成較大沖擊力。造成了設(shè)備短時間應(yīng)力過大或者扭轉(zhuǎn)疲勞，導致?lián)p壞。技改成為變頻調(diào)節(jié)后，在水溫調(diào)整時候可以通過變頻控制轉(zhuǎn)速，從而準確及時地調(diào)整水溫，令操作更加高效，同時節(jié)省電量；啟動時候減少對設(shè)備的沖擊，延長設(shè)備使用壽命。

4.5 在線監(jiān)測設(shè)備的功能發(fā)揮

通過風機重要數(shù)據(jù)的在線監(jiān)控，彌補現(xiàn)場巡檢不能及時發(fā)現(xiàn)的問題，將風機電機電流、電機溫度、減速機油溫、風機振動等需要重點監(jiān)控的數(shù)據(jù)，安裝遠程傳輸，實現(xiàn)DCS 畫面上的在線監(jiān)測，通過控制室實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)變化趨勢和異常情況，并進行預測和判斷，避免事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

綜上所述，化工裝置循環(huán)水冷卻塔風機幾大重要組成部件的故障均會造成設(shè)備損壞無法正常運行。只有對發(fā)生故障的原因認真剖析和總結(jié)，有針對性地制定出設(shè)備維護和管理方面的防范措施以及出現(xiàn)問題時高效對癥處理，才能實現(xiàn)風機安全、穩(wěn)定、低耗運行。