王迎春

（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古赤峰 025350）

0 引言

在煤化工天然氣生產(chǎn)中，機(jī)泵憑借其自身的獨(dú)特優(yōu)勢，已經(jīng)成為煤化工生產(chǎn)中最普遍使用的設(shè)備[1]。本文以某天然氣公司除氧站裝置硫回收鍋爐給水泵231aP04 的軸承故障為例，進(jìn)行分析總結(jié)。該泵自2015 年6 月運(yùn)行至今，期間軸承多次出現(xiàn)損壞，輕則軸承保持架變形軸承溫度過高燒軸，重則軸承抱死主軸報(bào)廢，不僅影響裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)，造成裝置生產(chǎn)波動，也使裝置安全存在重大隱患，必須從本質(zhì)上查明造成機(jī)泵軸承頻繁出現(xiàn)故障的原因并根治。

泵231aP04 基本性能參數(shù)為：流量10 m3/h，操作溫度102 ℃；入口壓力0.04 MPa，出口壓力1.1 MPa。

1 典型案例

2018 年7 月31 日8：00，外操巡檢發(fā)現(xiàn)至泵231aP04 檢查時發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封偶爾出現(xiàn)冒白煙現(xiàn)象，及時將情況匯報(bào)給當(dāng)班班長，班長到現(xiàn)場確認(rèn)機(jī)械密封處確實(shí)冒煙，立即通知值班領(lǐng)導(dǎo)。10：00 接班班組提出231aP04 盤車無法盤動。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)231aP04 看油窗松動，且油窗內(nèi)有四氟膠帶遮擋，非常像軸承箱油位。進(jìn)行放油檢查，從軸承箱內(nèi)只排出很少的潤滑油，油質(zhì)發(fā)黑、金屬屑多并伴有焦糊味。補(bǔ)償油杯內(nèi)為滿油狀態(tài)。維修人員拆檢機(jī)泵發(fā)現(xiàn)：3 個軸承的保持架變形斷裂，前端軸承損壞比較嚴(yán)重，由于高溫導(dǎo)致顏色變黑、與軸粘連，軸輕微彎曲，軸徑縮小0.1 mm，機(jī)械密封未解體檢查，表面看靜環(huán)斷裂（不排除是拆卸過程中造成），如圖1 所示。

圖1 軸承及軸損壞情況

2 原因分析

2.1 管理因素

（1）泵231aP04 承包班組更換的潤滑油窗大小不合適，絲扣偏小。為了安裝穩(wěn)固，班組選擇多纏四氟膠帶的辦法，且在纏四氟膠帶時不經(jīng)意間將膠帶纏到了絲扣的外面，從油窗外側(cè)看非常像軸承箱的油位，導(dǎo)致油位判斷錯誤，為軸承箱油位較低埋下了隱患。最終由于未緊固的油窗松動造成軸承箱內(nèi)潤滑油泄漏，員工通過油窗判斷油位錯誤，補(bǔ)償油杯進(jìn)氣孔堵塞不工作，導(dǎo)致該泵軸承箱潤滑油缺少、軸承潤滑不足。

（2）班組巡檢不到位。機(jī)泵軸承的損壞并非突發(fā)事件，30 日白班231aP04 非驅(qū)動端軸承箱的溫度就出現(xiàn)了較大變化，從29日的33.2 ℃上升至67.7 ℃，但白班測溫外操、班長未對異常情況做進(jìn)一步原因檢查及匯報(bào)車間，且記錄中故意將實(shí)測溫度67.7 ℃寫成35 ℃。中班巡檢過程中也沒有發(fā)現(xiàn)異常，直到夜班8：00，231aP04 機(jī)械密封處冒出白煙才發(fā)現(xiàn)問題，直接導(dǎo)致軸承損壞事件的擴(kuò)大。

（3）班組執(zhí)行公司規(guī)定不到位。本次軸承損壞事件補(bǔ)償油杯進(jìn)氣孔堵塞，補(bǔ)償失效，與班組每周三白班對全裝置機(jī)泵油窗及油杯部位檢查清潔有直接關(guān)系。車間要求油窗清晰、油質(zhì)正常，油杯濾網(wǎng)干凈、完好，備用設(shè)備油位不足補(bǔ)充到位，油質(zhì)不良更換并做記錄。但是該事件發(fā)生后對比231aP04 實(shí)際情況沒有一條能達(dá)到車間規(guī)定要求。

2.2 設(shè)備本身結(jié)構(gòu)因素

（1）該泵在29 日非驅(qū)動端軸承溫度由33.2 ℃漲到67.7 ℃。經(jīng)分析，非驅(qū)動端軸承的主要作用是承受泵轉(zhuǎn)子軸向力，內(nèi)部為背靠背的兩個40°接觸角的滾動球軸承，設(shè)計(jì)甩油環(huán)帶油為軸承提供循環(huán)潤滑。角接觸式軸承雖然能承受較大的軸向力，但僅是在端面完全垂直的情況下，其允許偏斜角很小[2]。該泵設(shè)計(jì)為兩端支撐，驅(qū)動端軸承箱體與非驅(qū)動端軸承箱體間距離較遠(yuǎn)，兩者中間經(jīng)過泵蓋、托架等，可能導(dǎo)致裝配后的同軸度誤差超過角接觸式軸承的允許偏斜角，使角接觸式軸承內(nèi)的滾珠不能同時受力。再加上該泵的轉(zhuǎn)子軸向力指向驅(qū)動端，承受軸向力的軸承為外側(cè)軸承，而該軸承箱的甩油環(huán)設(shè)置在靠泵側(cè)，原設(shè)計(jì)目的是阻斷泵軸從介質(zhì)傳導(dǎo)過來的熱量，但這使受力的外側(cè)軸承循環(huán)冷卻油量不足。

（2）現(xiàn)場拆檢泵231aP04 發(fā)現(xiàn)，非驅(qū)動端軸承箱止推軸承圓螺母止動墊片可能存在質(zhì)量缺陷，鎖片防松失效，鎖緊圓螺母松動脫開。因?yàn)樵摫棉D(zhuǎn)子的軸向力是指向驅(qū)動端的，泵軸在軸向力作用下向驅(qū)動端竄動并發(fā)生顯著位移，軸在竄動的過程中將擋油環(huán)沿軸向從軸承箱內(nèi)帶出，機(jī)械密封均在軸向位置上發(fā)生一定移位，此現(xiàn)象與設(shè)備拆檢現(xiàn)場情況吻合[3]。圓螺母、止動墊圈配合使用是滾動軸承常用的軸向定位方式。泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，因軸向力的存在，軸承外圈則承受推力，壓緊在靜止的軸承箱內(nèi)孔端面上，內(nèi)圈被圓螺母與轉(zhuǎn)子鎖緊為一體，滾子作用到內(nèi)圈又傳遞到圓螺母上的軸向力，以及圓螺母自身的慣性力使圓螺母有松開的趨勢，圓螺母止動墊圈的鎖片受剪力。每次維修止動墊片的鎖片都會折兩次。經(jīng)分析認(rèn)為231aP04 推力軸承圓螺母、止動墊圈的松脫，是止動墊圈的鎖片在剪力作用下發(fā)生疲勞、原有折痕等綜合因素影響下斷裂，圓螺母失去了防松裝置，在長時間使用中逐漸松開。

（3）現(xiàn)場拆檢過程發(fā)現(xiàn)軸向力過大，導(dǎo)致主軸在軸向上發(fā)生了一定位移。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子上同時存在軸向力和徑向力，在軸向力驅(qū)動下轉(zhuǎn)子沿軸向發(fā)生輕微移動，由于轉(zhuǎn)子在軸向、徑向上均由軸承固定，因此最終作用在轉(zhuǎn)子上的徑向力、軸向力將全部轉(zhuǎn)移到軸承上。如果作用在轉(zhuǎn)子上的力超過了初始選定軸承的動、靜載荷強(qiáng)度，將極大地降低軸承的使用壽命，并且偶爾會出現(xiàn)振動大、溫度高及聲音異常等超負(fù)荷表現(xiàn)。雖然全部消除作用在轉(zhuǎn)子上的力是不現(xiàn)實(shí)的，但設(shè)法減小作用在轉(zhuǎn)子上的力是切實(shí)可行的，特別是軸向力可以通過最初的設(shè)計(jì)或后續(xù)的改造來減小[4]。

3 改進(jìn)措施

3.1 管理方面

（1）針對此次事故的主要原因，車間對全裝置所有機(jī)泵的油窗、補(bǔ)償油杯、潤滑油油質(zhì)開展專項(xiàng)檢查，擇機(jī)將普通看油窗全部更換為帶背光板的看油窗。將使用不好的補(bǔ)償油杯進(jìn)行更換或改造，確保補(bǔ)償油杯正常工作。

（2）嚴(yán)禁巡檢走形式，不按規(guī)定巡檢。班組和車間要充分利用視頻和人員巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時處理、匯報(bào)。班組要認(rèn)真進(jìn)行操作記錄填寫，嚴(yán)禁做假記錄。

（3）車間加強(qiáng)管理，監(jiān)督班組嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備各項(xiàng)制度落實(shí)和到位。針對近期投用的小神探系統(tǒng)，車間出臺和完善相關(guān)配套規(guī)定，杜絕只使用而不看結(jié)果的現(xiàn)象。

3.2 設(shè)備本體方面

（1）根據(jù)該泵的初始設(shè)計(jì)，計(jì)算可得轉(zhuǎn)子軸向力為1680 N，相對于內(nèi)徑60 mm 的73 系列滾珠球軸承，完全能滿足需要。即使用63 系列深溝球軸承，其承受的額定軸向動負(fù)荷也能完全滿足。由于深溝球軸承的允許偏斜角相對于角接觸球軸承大得多，在稍有偏斜的情況下，承載的滾珠數(shù)量較多，發(fā)熱量就較小[4]。因此，將該泵的軸承可更換為6312C3 型深溝球軸承，該軸承能完全承受泵轉(zhuǎn)子的殘余軸向力，增大抗偏斜能力。為了使靠近甩油環(huán)的軸承承受軸向力，在兩軸承內(nèi)圈端面之間增加0.05 mm 的墊圈，當(dāng)兩軸承內(nèi)圈靠緊時外圈稍有間隙。適當(dāng)提高潤滑油油位，裝配時外側(cè)端蓋與軸承外圈之間的端面應(yīng)留0.2～0.3 mm 間隙。

（2）在軸承箱上設(shè)置與重整裝置同型泵類似的簡易噴淋冷卻裝置。該冷卻裝置直接將冷卻水淋在軸承體外表上，實(shí)踐證明冷卻效果很好，可有效為軸承降溫，防止軸承溫度過高導(dǎo)致潤滑油變質(zhì)，惡性循序最終損壞軸承及軸，發(fā)生著火爆炸等次生事故。

（3）重新制作1 套葉輪的密封環(huán)。將密封環(huán)間隙處直徑加大到165 mm，即與葉輪密封環(huán)間隙直徑基本上一樣，目的是大幅減小軸向力，減輕軸承受力，降低發(fā)熱量。裝配時將原葉輪的密封環(huán)和泵蓋上的密封環(huán)換掉。提高裝配要求，在重新拆裝時務(wù)必注意各配合零件端面的平面不要有突起、裝配后貼合，防止偏斜；檢測油環(huán)套兩端面平行度小于0.05 mm，確保軸承受力正常。

（4）改進(jìn)推力軸承的軸向緊固措施。采用雙圓螺母+止動墊圈結(jié)構(gòu)，規(guī)格為20 mm，材料為Q215，退火，表面氧化的止動墊片。

4 結(jié)語

本文通過對泵231aP04 軸承損壞典型案例進(jìn)行詳細(xì)分析，找出軸承頻繁發(fā)生故障的根本原因，并制定了一些改進(jìn)措施，對該泵軸承結(jié)構(gòu)及冷卻方式做了相應(yīng)改進(jìn)，徹底解決了該泵軸承頻繁損壞的難題，不僅節(jié)約了維修成本，而且延長了的有效運(yùn)行時間，對防止裝置生產(chǎn)波動及事故擴(kuò)大，保證裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行具有積極作用。從實(shí)施改進(jìn)措施后的應(yīng)用效果看，截止目前沒有出現(xiàn)一次軸承故障，為國內(nèi)相關(guān)石化設(shè)備人員處理類似問題提供借鑒和參考。