裂解炉引风机轴承故障分析及处理

朱红波，肖光宇，王 伟

(1 克拉玛依职业技术学院，新疆 克拉玛依 834000；2 独山子石化公司乙烯厂，新疆 独山子 833699)

乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，在乙烯生产过程中，裂解炉炉顶引风机对保持炉腔负压、保障燃料正常燃烧起着极其重要的作用，引风机运行状况直接影响乙烯装置的生产安全和产品质量，裂解炉能否长周期运行直接影响乙烯生产能力[1]。轴承是引风机中的易损部件，其运行状态直接影响整台引风机的性能、效率、功能和寿命，一旦轴承出现故障，轻则影响设备正常运行，重则导致停机，甚至造成设备损坏、系统停产[2]。及时发现轴承故障征兆，准确分析故障原因并采取有效措施对维持设备安全运行、保证裂解炉装置正常生产具有重要意义。

1 设备概况

乙烯优化改造项目是独山子石化公司的重点建设项目，也是加工轻烃炼油及乙烯优化调整项目的重要组成部分。乙烯一联合车间裂解装置根据轻烃优化项目于2019年新增一台裂解炉，在8月底完成炉顶烟气引风机的安装工作，具备试车条件。炉顶烟气引风机的规格型号为DFY16F-C4A，转速980 rpm，功率200 kW，输送介质成分为裂解炉烟气，入口介质温度166 ℃。风机主要由机壳、进风口、进气箱、转子组、轴承箱、公用底座、膜片联轴器及护罩等组成。轴承箱轴承采用SKF滚动轴承，具有良好的调心性能，支撑轴承型号C3232/C3、止推轴承型号23232CC/C3W33。轴承采用油脂润滑，厂家推荐使用SKF LGHQ3油脂或相当于粘度110 mm2/s、温度范围到150 ℃的复合锂基脂，经生产车间与厂家沟通后决定选用3#锂基脂；轴承箱上装有测量轴承温度用的双支铂热电阻和双金属温度计及测振探头和振动监测保护仪。

该引风机自试车运行以来，多次在运行期间发生波动。2019年8月30日设备试运行时非驱动端油封密封圈脱出，维保单位人员检查处理后正常；2019年10月11日，风机非驱动端轴承箱温度由53突然升高至70度以上触发联锁，检修人员更换温度探头后开机，温度波动依然较大，监护运行；2019年10月12日，dcs显示非驱动端温度再次波动，现场监测温度稳定(40 ℃左右)，仪表调试，将联锁逻辑由一选一改为二选二，正常运行；2019年11月2日，引风机非驱动端轴承箱振动升高至9.31 mm/s，触发联锁导致停炉。

2 轴承箱拆检情况及故障原因分析

2019年11月4日检修人员对风机两端轴承箱进行开盖拆检。检查发现，风机非驱动端轴承润滑脂减少且颜色变黑，轴承体多颗滚珠外侧径向方向有明显磨痕，与支架接触部位有少量金属粉末，内圈滚道上与之相配合部位亦有磨痕，用手触摸略粗糙，无凹陷感，说明产生轻微磨损，如图1、图2所示；打表测量轴跳动0.04 mm，其余部件未见异常。风机驱动端轴承润滑脂颜色略有变化，系正常变化；轴承体滚珠及滚道完好，未见磨损痕迹，打表测量轴跳动0.02 mm，其余部件未见异常，如图3、图4所示。

图1 非驱动端轴承润滑脂变化图

图2 非驱动端轴承磨损图

图3 驱动端轴承润滑脂变化图

图4 驱动端轴承磨损图

根据风机试运行以来故障现象和对轴承箱解体检查可以确认，轴承故障主要出现在非驱动端。影响SKF轴承使用寿命的因素主要包括使用因素和内在因素，使用因素主要是指安装调整、使用保养、维护修理等是否符合技术要求，内在因素主要是轴承指结构设计、制造工艺和材料质量等[3]。考虑到厂家对风机采用SKF整体轴承箱供货，故排除轴承设计、制造等内在因素和轴承安装过程中造成轴承滚动体支架变形和安装配合间隙不当等使用因素对轴承温度和振动的影响。排除以上因素，在实际生产中引起轴承温度异常升高原因主要有轴承润滑失效和轴承箱的振动。轴承箱内润滑油脂不足时轴承的滚动体和滚道之间会发生边界摩擦或干摩擦，产生大量热量，进而导致润滑脂变质失效，造成恶性循环，最终导致轴承损坏；振动值升高时，轴承的动载荷会随之升高，影响润滑油膜的形成，导致润滑不良，温度异常升高[4]。该风机仅运行2个月即出现轴承润滑脂发黑、滚珠外侧与轴承内圈磨损现象，结合该轴承箱出现温度波动、振动大的情况，说明轴承润滑效果不佳。分析其原因主要包括两个方面，一方面是在一般情况下，SKF轴承出厂时的润滑脂填充量总是超过直接参与润滑的实际需要量，填充的润滑脂分布在保持架上和轴承护盖的空腔之中，并在滚动体外围形成一个轮廓。由于设备试运行时在润滑脂的走合阶段大部分多余的润滑脂在运转初期即被挤出，导致试运行初期非驱动端油封密封圈脱出，润滑脂流失减少甚至被污染，造成润滑脂不足和劣化，润滑能力下降。另一方面，引风机的滚动轴承一般采用一端自由、另一端固定的安装方式，在实际生产中往往使传动端轴承固定，限制其轴向移动，而自由端轴承是可以移动的，这样，当工作时温度升高，轴热膨胀后可不受阻[5]。由于该引风机工作环境温度较高，转子在高温时存在较大的伸长量，实际伸长量可能与设计尺寸存在较大偏差，造成轴的热伸长量大于轴承端面与轴承座端盖的轴向间隙，导致间隙内润滑脂减少，油脂在间隙内剪力摩擦损失过大，引起轴承发热；同时运行中存在转子扰动(转子弯曲)，使转子径向或轴向位置与理想位置存在偏差造成滚子不在理想的工作范围内，形成轴承滚动体两侧与内圈边缘发生接触磨损，即出现干摩擦，导致轴承温度升高、润滑脂变质；同时，干摩擦会造成滚珠或滚道表面损伤、出现划痕及磨损等情况，进而造成振动持继增大，最终导致引风机非驱动端轴承箱振动升高触发联锁导致停炉。

3 处理措施及效果

基于以上故障原因分析，结合轴承损坏实际对两端轴承进行整体更换，安装前对转子吊装进行离线动平衡校正实验，在平衡机上对转子做径向跳动检测，对弯曲部位予以校直。根据转子在实际工况下的伸长量和轴承安装间隙对温度的影响合理确定轴承安装间隙，对存在偏差通过调整轴承两侧垫片厚度进行纠正。为避免电机与引风机不对中造成轴承箱内滚动轴承内外环之间产生径向扭转力引起滚动条在内外环之间交错滚动产生振动值升高，安装时用百分表对联轴器进行对中检查，确保轴向、径向跳动数值达到检修技术标准0.1 mm以内。对原轴承箱内润滑脂进行清除，按标准重新加入厂家指定润滑脂，确保加脂量满足规定要求，设备运行过程中加强监测，及时定期补脂。该引风机轴承自2019年11月维修后正常运行至今，未发生轴承温度非正常升高或振动超标现象，保证设备正常运行。

4 结 语

引风机作为乙烯裂解装置重要的辅机设备，其运行中出现的轴承故障已成为影响裂解炉安全运行的一项重要因素。而引风机的轴承故障的主要形式就是发热和振动，两者既能独立存在，又相互作用。因此，只有明确滚动轴承的发热原因，才能在引风机等设备的滚动轴承的选用、安装、使用、维护及维修等过程中做好预防措施，消除引起轴承发热的隐患，延长装置正常运转时间和风机使用寿命，为企业提高经济效益。