孫靖哲 張 博 宋 楊 燕 文 張文杰

(1.天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司；2.蘭州石化公司設(shè)備維修公司)

蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)因處理能力大、密封性能好、操作彈性大、熱效率高及運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于煉油化工、食品、冶金及建材等行業(yè)顆粒狀物料、粘性膏狀物料或含水量較高的物料(溶液物料)的干燥當(dāng)中。干燥機(jī)制造與安裝精度關(guān)乎到設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。由天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院有限公司為某石化公司設(shè)計制造的用于干燥粗對苯二甲酸(CTA)物料的φ3 800mm×29 500mm氧化蒸汽管干燥機(jī)(M311-2)，其出料筒體在運(yùn)行過程中出現(xiàn)振動沖擊大、出料箱部位有摩擦異響、密封整體泄漏嚴(yán)重及出料箱和旋轉(zhuǎn)接頭擺動幅度大等故障，初步判斷為出料筒體發(fā)生偏心。筆者分析了故障產(chǎn)生的原因，結(jié)合設(shè)備本身，從出料筒體同心度出發(fā)，探求設(shè)備修復(fù)技術(shù)，以達(dá)到設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1 結(jié)構(gòu)及故障現(xiàn)象

蒸汽管干燥機(jī)由筒體(包括殼體、蒸汽管、汽室和錘擊器)、進(jìn)出料螺旋(也可根據(jù)物料特點(diǎn)選擇溜槽式進(jìn)料)、進(jìn)出料端密封、加熱系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)(包括電機(jī)、減速機(jī)、齒輪、托輪、托輪擋輪和滾圈)和潤滑系統(tǒng)組成[1]。它是一個帶有大量蒸汽加熱管(同心圓方式排列3 圈加熱管)的間接加熱型干燥設(shè)備，在其進(jìn)料端和出料端均有隔離空氣的密封結(jié)構(gòu)。其主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒體，濕物料由其一端加入，經(jīng)過轉(zhuǎn)筒內(nèi)部時，與通過筒內(nèi)的加熱壁面有效地接觸而被干燥，干燥后的物料由導(dǎo)料板導(dǎo)入隨筒體一起轉(zhuǎn)動的出料螺旋后被排出。

該蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)基本參數(shù)為：

筒體內(nèi)徑 3 800mm

筒體長度 29 500mm

傳熱面積 1 612m2

機(jī)身轉(zhuǎn)速 3.8r/min

安裝傾斜度 1/40

筒體材料 316L

設(shè)備自重 250t

該蒸汽管干燥機(jī)運(yùn)行幾個月后出現(xiàn)以下3個方面故障：

a.出料箱內(nèi)側(cè)孔環(huán)與密封軸套抱死，軸套磨損，填料處冒煙，填料破壞，物料泄漏；

b.止轉(zhuǎn)桿彎曲，止轉(zhuǎn)銷墊板焊縫撕裂；

c.出料箱的定位支撐脫落，出料箱旋轉(zhuǎn)，管線破壞，金屬軟管破壞，泄漏嚴(yán)重。

直接表現(xiàn)為運(yùn)行不平穩(wěn)，振動沖擊大；出料箱部位有出現(xiàn)摩擦聲；密封不好，整體泄漏嚴(yán)重；出料箱、旋轉(zhuǎn)接頭擺動幅度較大。

2 拆檢狀況及分析

出料部位出現(xiàn)明顯跳動，判斷出料箱內(nèi)壁密封部位圓跳動較大，或者是出料筒體(包括過渡法蘭)圓跳動較大，還有可能是出料箱和出料筒體都有較大的圓跳動。

2.1出料箱拆檢及分析

先對出料箱內(nèi)壁兩密封面的圓跳動進(jìn)行測量(圖1)，以軸承支架連接法蘭端面為底面、以軸承支架連接法蘭外徑為基準(zhǔn)找正，百分表測量數(shù)據(jù)見表1。

圖1 出料箱標(biāo)記示意圖

表1 出料箱原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 mm

以整圓的對點(diǎn)分析對照表1數(shù)據(jù)，可以看出下1面中C-G對點(diǎn)的圓跳動偏差為0.25mm且最大，其圓心偏向于G點(diǎn)方向；下2面中C-G對點(diǎn)的圓跳動偏差為0.48mm，其相鄰的D-H對點(diǎn)的圓跳動偏差為0.75mm且最大,其圓心偏向于G點(diǎn)和H點(diǎn)方向；上2面中C-G對點(diǎn)的圓跳動偏差為0.80mm且最大，其圓心偏向于G點(diǎn)方向；上1面中C-G對點(diǎn)的圓跳動偏差為0.80mm且最大，其圓心偏向于G點(diǎn)方向。

據(jù)此可以得出：4組數(shù)據(jù)的圓跳動偏差均小于1.00mm，符合要求；4個面均偏向于同一個方向，即可知上下兩密封面的同心度較好；認(rèn)為出料箱內(nèi)密封面符合要求，不需要修復(fù)。

2.2出料筒體拆檢及分析

拆去金屬軟管、旋轉(zhuǎn)接頭、各種管線和出料箱后，對出料筒體的兩密封面的圓跳動進(jìn)行測量(圖2)，百分表測量數(shù)據(jù)見表2。

圖2 出料筒體標(biāo)記示意圖

表2 密封面原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 mm

以整圓的對點(diǎn)進(jìn)行分析對照，從表2中可以看出A面中60～240°對點(diǎn)的圓跳動偏差為10.10mm且最大，其圓心偏向于240°方向；B面中60～240°對點(diǎn)的圓跳動偏差為7.50mm且最大,其圓心偏向于240°點(diǎn)方向；C面中60～240°對點(diǎn)的圓跳動偏差為6.85mm且最大，其圓心偏向于240°點(diǎn)方向；D面中60～240°對點(diǎn)的圓跳動偏差為2.10mm，其相鄰的30～210°對點(diǎn)的圓跳動偏差為2.70mm且最大,其圓心偏向于240°點(diǎn)和210°點(diǎn)方向；E面中60～240°對點(diǎn)的圓跳動偏差為2.90mm且最大，其圓心偏向于240°點(diǎn)方向；綜合分析A、B、C、D、E面中的數(shù)據(jù)，還可以看出150～330°兩對點(diǎn)一線中的偏差最小，即可認(rèn)為150～330° 線為標(biāo)準(zhǔn)線。

分析可知，A、B、C面的圓跳動較大，D、E面的圓跳動較小，而且均偏向于240°點(diǎn)方向。

現(xiàn)場可以看出出料筒體外部密封軸套磨損嚴(yán)重，從而導(dǎo)致密封不嚴(yán)，再加之其圓跳動較大，須對外部密封軸套進(jìn)行更換；更換的新軸套外側(cè)電焊點(diǎn)焊，里側(cè)小電流間斷密封焊(防變形)。新軸套更換后，對出料筒體的兩密封面的圓跳動再一次進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)見表3。

表3 換新軸套新軸承后數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 mm

以整圓的對點(diǎn)進(jìn)行分析對照，從表3中可以看出B面中60～240°對點(diǎn)的圓跳動偏差為9.10mm，其相鄰的30～210°對點(diǎn)的圓跳動偏差為9.65mm且最大,其圓心偏向于240°點(diǎn)和210°點(diǎn)方向；C面中60～240°對點(diǎn)的圓跳動偏差為7.30mm, 其相鄰的30～210°對點(diǎn)的圓跳動偏差為7.40mm且最大,其圓心偏向于240°點(diǎn)和210°點(diǎn)方向。對比上述數(shù)據(jù)可知，內(nèi)側(cè)軸套的圓跳動在3mm以內(nèi)，而外側(cè)軸套比內(nèi)側(cè)軸套的整體同心度偏差較大，需進(jìn)行修復(fù)處理。

3 故障原因分析

結(jié)合故障現(xiàn)象、拆檢和機(jī)體測量數(shù)據(jù)，干燥機(jī)出料筒體發(fā)生偏心是造成設(shè)備故障的直接原因。而筒體發(fā)生偏心由以下幾個方面所引起:

a.出料不均，物料給出料筒體帶來連續(xù)變化的載荷，加之設(shè)備長時間轉(zhuǎn)動，連續(xù)變化的載荷就會改變材料的抗疲勞強(qiáng)度，導(dǎo)致筒體發(fā)生變形[2]；

b.筒體本身存在一定的應(yīng)力，在連續(xù)變化的載荷作用下應(yīng)力會釋放，導(dǎo)致筒體發(fā)生變形；

c.筒體本身存在一定的偏心，在連續(xù)變化的載荷和筒體長時間擺動的作用下，使偏心變大，從而也會導(dǎo)致變形。

4 同心度修復(fù)技術(shù)

4.1外側(cè)半軸體焊接反變形處理

由拆檢測量知，以內(nèi)側(cè)軸套外表面為基準(zhǔn)面，則外側(cè)軸套30°點(diǎn)和60°點(diǎn)方向的表面向圓心方向偏移，因此可以通過焊接0°點(diǎn)、60°點(diǎn)方向上的筋板來修復(fù)外側(cè)軸套的偏心度。

可做一直板條為參照，一側(cè)緊靠內(nèi)側(cè)軸套30°點(diǎn)表面點(diǎn)焊，另一側(cè)懸臂于外側(cè)軸套30°點(diǎn)外表面并留出B點(diǎn)位置(圖3)，以便焊接反變形時作參照及反變形過程中測量B點(diǎn)的圓跳動值。因?yàn)樵O(shè)備中出料筒體上0°點(diǎn)、60°點(diǎn)、120°點(diǎn)、180°點(diǎn)、240°點(diǎn)、300°點(diǎn)方向上有筋板(圖3)，所以可以把直板條焊接于30°點(diǎn)方向上。焊接時，可以通過邊焊接邊測量的方法，每次測量后通過分析測量數(shù)據(jù)來確定下一次焊接的情況。

圖3 焊接位置示意圖

焊接參照直板條的各項(xiàng)參數(shù)為：

筋板材料 316L

筋板規(guī)格 700mm ×360mm ×16mm

L初始值 4.1mm

焊條材料 A022

焊條規(guī)格φ4.0mm

輸入電壓 380V

設(shè)定電流 164A

修復(fù)工藝如下：

a.如圖4所示，對1號位置進(jìn)行劃線堆焊，焊后冷水急冷(急冷的方式能使變形最大)，塞尺測量L=4.1mm，結(jié)果L沒有變化。故采用碳弧氣刨刨坡口再焊接的方法。

b.對1號焊縫用碳弧氣刨刨出坡口，坡口寬8mm，深5mm，然后焊接并急冷，塞尺測量L=4.0mm，變化不大。繼續(xù)采用碳弧氣刨刨坡口再焊接的方法，加大坡口尺寸，增加焊接量，使焊接變形更大。

c.對2號位置進(jìn)行劃線、碳弧氣刨刨坡口，坡口寬12mm，深7mm，然后焊接，焊后冷水急冷，塞尺測量L=2.7mm，變化明顯。繼續(xù)采用該方法，再次加大坡口尺寸。

d.為防止焊后的1號焊縫和2號焊縫局部預(yù)熱后應(yīng)力釋放而導(dǎo)致筒體變形恢復(fù)，對離2號焊縫大概20mm的3號位置進(jìn)行劃線、碳弧氣刨刨坡口，坡口寬20mm，深10mm，然后焊接并急冷，粗測量L=0.0mm。為了更精確地反映內(nèi)外軸套的同心度，用百分表測量B點(diǎn)和D點(diǎn)的圓跳動值，結(jié)果顯示B點(diǎn)與D點(diǎn)在30～210°方向上有偏差，同心度差0.50mm左右 ，相對較?。辉?～180°方向上有最大偏差，同心度偏差為1.00mm。

e.對4號位置進(jìn)行劃線、碳弧氣刨刨坡口，坡口寬8mm，深5mm，然后焊接，焊后冷水緩慢冷卻(防止變形過度)，用百分表測量B點(diǎn)的圓跳動值，結(jié)果顯示B點(diǎn)與D點(diǎn)在30～210°方向上有偏差，同心度差0.45mm ，相對較?。辉?～180°方向上有偏差最大，同心度偏差為1.00mm。

f.對4號焊縫進(jìn)行碳弧氣刨刨坡口，坡口寬12mm，深7mm，然后焊接，焊后隔3min左右(其溫度大概降到1 600℃)用冷水急速冷卻(防止變形過度)。用百分表測量B點(diǎn)的圓跳動值，結(jié)果顯示B點(diǎn)與D點(diǎn)在30～210°方向上有偏差，同心度偏差0.10mm ；在0～180°方向上有最大偏差，同心度偏差為0.75mm。此數(shù)據(jù)已符合要求。

圖4 出料筒體焊接位置示意圖

為除去焊接產(chǎn)生的應(yīng)力，防止設(shè)備因長時間運(yùn)行其焊接應(yīng)力自身釋放并產(chǎn)生更大變形，于是對焊接處進(jìn)行整體熱處理，拆掉直板條，打磨點(diǎn)焊處至光滑，溫度140℃，保溫30min，用百分表測量B點(diǎn)、E點(diǎn)、F點(diǎn)的圓跳動值(表4)。

表4 熱處理后的數(shù)據(jù) mm

由表4數(shù)據(jù)可知，B點(diǎn)與E點(diǎn)同心度最大偏差為1.00mm ，符合要求；軸承調(diào)整后F點(diǎn)的最大圓跳動值為1.85mm ，符合要求。

4.2過渡法蘭測量及修復(fù)

用百分表測量設(shè)備法蘭A點(diǎn)的圓跳動值(表5)。

表5 設(shè)備法蘭圓跳動值 mm

由表5列出的數(shù)據(jù)可知，設(shè)備法蘭在0～180°方向上有最大偏差，同心度偏差為2.60mm ，圓心偏向于0°方向。這種情況可以采用偏心3.5mm的偏心過渡法蘭連接，通過調(diào)整偏心法蘭可以抵消設(shè)備法蘭的偏心量，從而使其偏心達(dá)到最小值。

更換新的偏心過渡法蘭后，百分表測量過渡法蘭外徑的圓跳動值(表6)。

表6 新過渡法蘭圓跳動值 mm

由表6數(shù)據(jù)可知，過渡法蘭的最大同心度偏差為0.55mm ，符合要求。蒸汽管干燥機(jī)出料筒體同心度修復(fù)工作圓滿完成。

5 結(jié)束語

通過蒸汽管干燥機(jī)現(xiàn)場同心度的測量修復(fù)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的同心對于回轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)行特性有重要影響。設(shè)備制造精度和安裝精度是保障設(shè)備良好運(yùn)行的基礎(chǔ)；循序漸進(jìn)、分步驟的測量與修復(fù)方式能有效準(zhǔn)確地確定設(shè)備故障特點(diǎn)，為確定下一步的維修工序提供數(shù)據(jù)支持；外側(cè)半軸體焊接反變形處理是修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵，碳弧氣刨刨坡口再焊接并迅速冷卻方法能有效完成變形修復(fù)處理。

[1] 孫松青.CTA回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與運(yùn)用探討[J].合成纖維工業(yè)，2010，33(1)：51～53.

[2] 鄭巍巍.轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)裂紋產(chǎn)生原因分析及解決方案[J].大氮肥，2013，36(2)：127～130.