尿素造粒洗涤器风机轴磨损在线检修方法和应用探析

于雷，林凯

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

1 设备结构参数

中海石油华鹤煤化有限公司（简称公司）年产30万t合成氨、52万t大颗粒尿素。公司的洗涤器风机是尿素造粒装置关键设备之一，其运行参数值联锁至造粒系统，设备运行状态直接影响尿素造粒的单日产量。该设备型号为Y5-2X51-11NO19.4F，结构形式为单级双吸双支撑离心式，电机驱动，通过膜片式联轴节联接，工作介质为过滤空气。风机壳体为箱式剖分结构，进气箱底部设有防旋板，热态运转有热变形裕量。叶片为直板型，焊接在圆锥形前盘和平的中盘之间，叶轮与铸钢件轴盘采用螺栓联接。轴承形式为双列向心球面滚子轴承，可消除转子跨距及挠度值的影响；轴承箱为飞溅自润滑，内设铸铝轻质甩油盘；传动箱轴颈密封采用机械迷宫密封。风机主要性能参数：流量为294096m³/h，进口大气压95.54kPa，风机转速960r/min，轴功率524kW，效率83%。

2 故障现象

洗涤器风机在2020年1月开始出现振动值幅度逐渐上涨的趋势。选取一个以30天周期的测量记录：驱动端水平振值强度范围2.1～5.4mm/s，垂直振值强度范围2.3～4.2mm/s，平均温度24.2℃。非驱动端水平振值强度范围1.4～3.7mm/s，垂直振值强度0.7～2.4mm/s，平均温度25.5℃。测量期间发生2次与平台栏杆共振现象。该设备联锁值为驱动端水平振值或垂直振值≥6.3mm/s，运行稳定≥55℃。如果运行时振动值上涨至联锁动作，设备跳车会引起造粒系统停车。公司尿素产量因为造粒系统停车而受到影响，影响程度根据洗涤器风机的检修周期正相关，所以在最短的时间内解决洗涤器风机振动值上涨的问题，让设备平稳运行是十分必要又迫切的课题。

3 检查及查找原因

根据初步判断后的原因分析，利用造粒系统月度例行清洗工作的6h时间，对洗涤器风机进行停机检查。按照先易后难的顺序，首先，对运行记录、DCS流量曲线、空气过滤器、介质湿度和温度、电机独立试验、联轴器等进行检查；其次，对轴承箱和叶轮进行内部检查。检查结果如下：（1）开停车记录、DCS流量曲线正常；（2）空气过滤器滤网干净，进气的空气湿度和温度正常；（3）电机独立试验振动值正常，联轴器膜片无损伤；（4）轴承内圈有磨损划痕（见图1），安装位置主轴表面有磨损痕迹（见图2）；（5）叶轮与轴盘之间的联接螺栓松动和2颗螺母脱落，螺栓孔偏心磨损。

图1 轴承内圈磨损划痕

图2 主轴表面磨损痕迹

根据检查结果进行原因分析，轴盘上的螺栓孔径与螺栓过盈配合导致孔径边缘与螺栓摩擦，长时间摩擦和跟随叶轮振动并在转动方向上形成不规则孔径，螺母预紧力因振动而降低开始出现松动甚至脱落的现象。叶轮振动导致微动不平衡，轴承和主轴之间开始发生磨擦，久之间隙扩大，产生轴承和轴的相对位移。综合以上原因，设备在运行时表现出振动值缓慢和持续的上涨现象，当振频与设备框架一致时产生共振现象。

4 在线检修方案的论证和实施

4.1 制定检修方案

根据检查的结论制定检修方案，对主要原因逐项进行技术改造，重点对叶轮、轴盘、主轴、轴承进行修理并采取措施避免类似问题再次的发生。因采购新主轴的周期较长，设备运行期间的安全风险很大，时间对于本次设备检修尤为重要，所以选取冷焊技术来修复受损部位。冷焊修复技术特点一是焊接补充时温度在40℃范围上下，焊补点附近金相组织不会发生改变。特点二是可以选择电极材料来实现修复材料不同硬度。根据新技术特点制定了两种检修方案，如下： （1）方案一是常规类检修方案。首先，对轴磨损部位用冷焊填补材料，再进行在线机加工车削至图纸尺寸数值；其次，对螺栓孔径统一扩孔至就近标准值，采用自锁式螺栓；最后，对转子做动平衡。该方案优点是检修彻底，可以解决振动值上涨的问题，可以实现长周期的运行，采用的技术资源充足，安全风险全程可控；缺点是检修时间长，虽然比设备解体大修用时短，但是，按工序排列需要5d的时间，影响尿素出料5d的产量。尿素产量按照1860t/d计算，需要损失9300t尿素产量。（2）方案二是应急类检修方案。首先，对主轴磨损部位进行全面的测绘，画出磨损量分布图，再对轴承内圈用冷焊填补材料，然后进行机加工车削至测量数值；其次，对叶轮进行在线微调，将螺栓和螺母焊接在轴盘上；最后，?对转子做在线动平衡。该方案优点是检修时间短，5h内完成在线处理部分的工序，完全可以利用造粒系统月度例行清洗时间窗口完成，不影响尿素出料产量。缺点是需要提前停机1次用来测量主轴磨损分布数据，多损失1件轴承，虽然可以解决振动值上涨的问题，但是，振动值还是会偏高。

4.2 实施检修

根据技术可行性论证和效益可行性论证后，在没有成熟经验可供借鉴的情况下，选择创新的应急在线检修方案。方案实施步骤如下：（1）2020年2月的造粒系统例行清洗时间窗口，对洗涤器风机轴承箱检查，测绘制图。采用象限取样法，选取100个点测量轴、轴承内圈磨损值在0.83～0.93mm，绘制磨损分布图纸并标记尺寸。（2）2020年3月按照测绘图纸尺寸对新轴承的内圈进行冷焊焊补，焊补材料硬度控制在洛氏硬度HRC52～55范围值，轴承内圈填补厚度选择0.93mm，过盈值0.02mm（用轴承加热器试验轴热膨胀0.028mm）。（3）2020年3月利用造粒系统例行清洗时间窗口，对轴承箱进行检修，更换加工后的轴承。安装探头收集叶轮转动数据，调整叶轮角度，焊接叶轮和轴盘之间的螺栓。根据计算公式用电脑计算出需要添加配重量和位置，转子做在线动平衡。本次在线检修全部用时5h，设备运行后测量驱动端水平振值3.2mm/s、垂直2.2mm/s、温度36.5℃。非驱动端水平振值2.1mm/s、垂直1.2mm/s、温度30.3℃。风机运行期间制定特护方案，增加数据测量频次，测量期间振动值没有上涨，达到预期效果。

4.3 注意事项

本次应急检修是采用一种新型低温焊接技术对轴承进行修补，来解决生产现场实际问题的应用实践。因洗涤器风机转速属于中转速设备，通过此次试验已经达到应急检修目的，但是，暂不建议在高转速的设备上应用，主要考虑的是冷焊焊补后的材料硬度是否适合，尚未有数据验证。

5 结语

洗涤器风机检修后平稳运行，直至公司开展年度大修期间对该设备全面解体大修。本次检修方案不但为公司避免了尿素产量的损失，同时本次应用的在线应急检修方法也为生产运维提供了一种检修思路和方法。根据冷焊技术的特点，在化工检修过程中，可以考虑适当采用冷焊技术对中低转速轴、法兰、管件等锻件进行局部修复和其他应用等。