BDO運行部循環(huán)風(fēng)機故障原因分析與改進

邵彥順

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

關(guān)鍵詞：羅茨風(fēng)機;機械密封;振動超標;改進

循環(huán)風(fēng)機型號為RBS 225/TMD-V，主要由電機、減速機、聯(lián)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(fēng)機入口和出口設(shè)有消聲器，主機、電機和減速機由同一個鋼底座承重，底座設(shè)有減震器。轉(zhuǎn)子材質(zhì)為球墨鑄鐵GS400-15， 殼體和墻板材質(zhì)為灰鑄鐵G250，主軸為合金結(jié)構(gòu)鋼整體鍛造，齒輪為合金鋼。主要技術(shù)參數(shù)：電機功率500KW，主機軸功率416.8KW，主軸轉(zhuǎn)速1220RPM，轉(zhuǎn)子直徑639mm，轉(zhuǎn)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(xiàn)象

6臺循環(huán)風(fēng)機自2014年7月投運以來，設(shè)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(shù)要求;按照石油化工旋轉(zhuǎn)機械振動標準分類風(fēng)機屬于Ⅲ類設(shè)備，按照振動烈度評定等級屬于D區(qū)“不允許”運行狀態(tài)。設(shè)備在長期處在高頻率振動、反復(fù)載荷狀態(tài)下，對轉(zhuǎn)動部件造成疲勞損傷、脆性破壞，使用壽命降低，設(shè)備故障頻發(fā)，導(dǎo)致甲醛裝置多次停車，主要設(shè)備故障如下：

1.1 機械密封失效

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

循環(huán)風(fēng)機介質(zhì)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(zhì)泄露將污染環(huán)境，對現(xiàn)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(xiàn)多次軸承抱軸事故，現(xiàn)場被迫投用工廠風(fēng)強制冷卻。

2 故障原因分析

2.1 風(fēng)機振動超標原因分析

（1）羅茨風(fēng)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(zhuǎn)速增大1.64倍的方式達到要求風(fēng)量，轉(zhuǎn)速越高，振動越大。設(shè)計選型偏小是風(fēng)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(chǎn)風(fēng)機，轉(zhuǎn)速只有741RPM，振動值明顯低于進口風(fēng)機。（2）風(fēng)機轉(zhuǎn)子因鍵槽不密閉、平衡孔擊穿，轉(zhuǎn)子內(nèi)部進水，導(dǎo)致風(fēng)機動平衡破壞無法運行;（3）循環(huán)風(fēng)機基礎(chǔ)較為薄弱，風(fēng)機振動大引起基礎(chǔ)出現(xiàn)裂紋，使振動進一步擴大。

2.2 機械密封失效原因分析

（1）風(fēng)機轉(zhuǎn)子較重，轉(zhuǎn)速又高，支撐采用滾動軸承，軸承損耗較大、壽命降低;風(fēng)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(huán)材質(zhì)為硬質(zhì)合金，動環(huán)為碳化硅，沖洗方案采用PLAN54。密封水為循環(huán)水，循環(huán)水水質(zhì)較差，對彈簧腐蝕， 導(dǎo)致密封面偏磨，造成機械密封內(nèi)漏;密封水進入腔體造成內(nèi)部結(jié)垢、系統(tǒng)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高是減速箱和齒輪箱溫度高的直接原因;減速箱內(nèi)設(shè)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(shè)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(jié)破裂

因膨脹節(jié)與風(fēng)機連接的管道配管不合理存在管道應(yīng)力;風(fēng)機振動較大，膨脹節(jié)緩沖效果較差，管道與風(fēng)機形成共振，進出口膨脹節(jié)在交變載荷的工況下陸續(xù)出現(xiàn)U型波峰處裂紋失效。出口單向閥不符合規(guī)范，未設(shè)置閥瓣開啟限位裝置，導(dǎo)致甲醛一套三臺風(fēng)機開機后出口管緊臨單向閥的膨脹節(jié)被閥瓣打破。

3 采取的改進措施

3.1 風(fēng)機振動超標問題處理

（1）風(fēng)機轉(zhuǎn)子上鉆小孔，將內(nèi)部的水甩出，在一定程度上降低因轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的振動。（2）循環(huán)風(fēng)機基礎(chǔ)為彈性基礎(chǔ)，基礎(chǔ)較為薄弱，因風(fēng)機振動較大基礎(chǔ)出現(xiàn)裂紋。2018年6月15日檢修時對循環(huán)風(fēng)機基礎(chǔ)出現(xiàn)的裂紋進行了焊接加固，加固后循環(huán)風(fēng)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(nèi)。由此可見，風(fēng)機基礎(chǔ)不牢固是也造成振動大主要因素之一。（3）風(fēng)機找正不好也會引起振動值超標，在每次檢修時檢查風(fēng)機的對中情況，定期緊固地腳螺栓。

3.2 機械密封改造

因現(xiàn)場條件限制，循環(huán)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(fēng)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(chǎn)生的損壞;第四是密封產(chǎn)生的熱量適宜，避免密封溫度過高導(dǎo)致同步齒輪箱油溫升高。通過技術(shù)分析，最終選擇在原來機械密封的腔體內(nèi)安裝迷宮密封和碳環(huán)密封相結(jié)合的復(fù)合式組合密封。復(fù)合密封內(nèi)側(cè)采用迷宮密封通過多齒節(jié)流，減少介質(zhì)壓力起到密封效果;外側(cè)采用小間隙碳環(huán)密封，進一步減低泄漏;在迷宮密封和碳環(huán)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(huán)密封接觸面，噴涂陶瓷，增加軸套的耐磨性和使用壽命。優(yōu)化改造復(fù)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(fā)現(xiàn)當(dāng)潤滑油位超過一半時會造成風(fēng)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(huán)風(fēng)機獨立油站投用后，風(fēng)機油溫降低8℃ 左右。

3.4 膨脹節(jié)改造

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

4 結(jié)束語

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

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