腈纶二步法工艺中间工段设备故障分析与改进

章 英

(中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部， 200540)

技术进步

腈纶二步法工艺中间工段设备故障分析与改进

章 英

(中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部， 200540)

设备故障分析的目的不仅在于找出故障发生的原因，更重要的是提出并实施有效的改进措施，避免同类故障的再次发生。对腈纶二步法工艺从纺丝到后处理的中间工段设备故障进行了分析，找到了问题的根源，并采取了相应的改进措施，有效降低了中间工段设备故障率，提高了设备运行的可靠性。

中间工段 设备 故障 分析 改进

中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部(以下简称腈纶部)二步法工艺纺丝及后处理共有6条生产线，于1991年及2001年先后从日本川崎公司引进，生产线由前工段、中间工段及后工段组成。前工段主要将原液通过纺丝成形、水洗、拉伸和干燥致密化等过程纺制成纤维;中间工段主要对经过致密化处理的丝束进行卷曲、定型、上油和后干燥，以增强纤维抱合力，提高纤维结构稳定性及抗静电能力;后工段则根据用户需要，将纤维切断、打包。

经过十几年的运行，设备性能有所下降，故障明显增多，尤其是前工段。为此，多年来在前工段设备上投入了一定的人力及物力，设备运行状态有了一定程度的改善，因故障导致的非计划停车有所减少，但中间工段的设备故障率较难控制，其中卷曲机、定型机和上油机故障频繁，不仅直接影响到整条生产线的平稳运行，而且增加了单耗及能耗。因此，降低中间工段设备故障率至关重要。

1 中间工段设备故障情况

据统计，2009年中间工段共发生设备故障127次，其中主要设备故障次数及其在整个工段设备故障中所占比例见表1。

表1 中间工段主要设备故障统计

由表1可知，卷曲、定型设备故障次数较多，分别占中间工段设备故障次数的38%及48%。

卷曲机常见故障为卷曲机头跳动，上、下卷曲轮轴承损坏、卷曲夹持气缸漏气、卷曲输送带破损和气源系统漏气等，尤以下卷曲轮轴承故障居多;定型机常见故障为气缸漏气、气缸活塞杆断裂、铺丝进格链条的销子断裂并脱落等，尤以气缸漏气居多;上油机常见故障为传动链条断裂、罗拉与传动轴之间的配合松动及传动轴断裂等。

2 故障原因分析及对策

2.1 下卷曲轮轴承故障分析及对策

影响生产运行的卷曲机故障主要是卷曲头中的下卷曲轮轴承损坏，经分析系工艺改进所致:原先的工艺是卷曲后进行定型、上油和后干燥，现改成卷曲与上油同步进行，以节约能源，减少后干燥工序蒸汽消耗。由于工艺改进后丝束变得更柔软，经卷曲轮高速挤压，大量的油剂和水分被挤出，溅到下卷曲轮轴承座上，对轴承座形成一定程度的冲刷。同时，由于卷曲轮轴肩与油封之间的轴向位移较小(5 mm)，使丝束带入卷曲轮轮轴上含油剂的热水(85℃)沿着轴肩直接流至油封处(油封的材质为丁腈橡胶)加快了油封的老化，使其过早失效;含油剂的热水进入轴承，又导致轴承润滑不良而过早损坏。

针对上述情况采取了以下改进措施:

(1)将卷曲机前预热水槽内的导丝托板前移，减少随丝束带入卷曲轮的热水量;

(2)对卷曲头丝束引入口的挡水板两边进行折边，以阻止水从挡水板两侧溢出，同时在挡水板中间开凿引流槽进行有效引流;

(3)对下卷曲轮轮轴的结构加以改进(如图1所示)，将卷曲轮轴承的轴肩缩短20 mm，使之与油封之间的轴向位移扩大到25 mm;在缩短了的轴肩上开出5 mm×5 mm的引流槽，并在油封外侧加装甩水环［1］，以减少或避免含油剂的热水直接接触油封;选用唇口材质为A202专有抗磨材料、O形圈为氟橡胶的AIG523复合油封替代原先的油封。

图1 下卷曲轮轴结构改进前后对照

经过改进的卷曲机试用情况表明，含油剂的热水对轴承座的冲刷现象明显减少。根据复合油封棉型油剂浸泡腐蚀试验，复合油封有效杜绝了渗漏，延长了轴承的使用寿命。经在线跟踪，卷曲机头达到了6个月使用期限要求。

2.2 上油钢罗拉传动轴故障分析及对策

上油钢罗拉组件中的罗拉与传动轴的配合处经常出现松动。

根据检修记录，2008年5月前上述情况平均每2～3个月发生一次。对罗拉与传动轴的配合进行了调整，对传动轴的应力集中部位进行了适当的圆角过渡加工，根据罗拉转动方向对传动轴端螺纹旋向进行合理调整，并于2008年5月开始试用。

试用13个月期间未发生故障，罗拉与传动轴之间无异常磨损，传动轴端锁紧螺母也无松动现象，但2009年7月发生了传动轴断裂故障。

鉴于上述情况，对传动轴所受的载荷进行了分析，并改进了设计，即在上一次改进的基础上，将轴肩左移40 mm，使轴肩处承受的弯矩由M1变为M2，这样可减少35%载荷影响［2］(见图2)。

图2 传动轴的载荷与弯矩

另外，将传动轴轴肩处的过渡圆角改为5 mm倒角，以消除应力集中的影响，避免轴肩处断裂。

再次改进的罗拉组件于2009年10月在生产线上试用以来，未发生传动轴断裂这种异常情况，提高了设备的使用性能。

2.3 定型机气缸密封漏气分析及对策

每条二步法生产线中的定型铺丝和引丝区域配有3只缆索气缸，这种气缸广泛应用于行程长而空间小的场合。该气缸由缆索带动活塞进行往复运动，平均每30 s就要动作一次，气缸行程时间预先设定，超过设定时间系统就会出错。

连续化生产情况下气缸频繁动作，气缸的密封圈容易磨损而发生漏气。漏气会造成气缸动作不到位和设备损坏，能耗上升。改造前定型铺丝和引丝区域缆索气缸的平均寿命仅为3～4个月，而更换一套缆绳需花费4 000元左右，运行成本非常高。

为了改善设备性能，降低检修费用，对气缸进行重新选型。根据工况条件及工艺参数要求，选用德国ORIGA OSP－P 40－00000－1700LB无杆气缸替代原来的日本缆索气缸。OSP－P系列无杆气缸是一种独立的往复直线执行器，可安装在任何平面或方位上。沿缸筒的轴向有一条与缸筒外径偏心的长槽，长槽的密封采用的是金属密封专利技术。密封用内、外钢带具有耐腐蚀和使用寿命长等特点，表面经硬化处理的内钢带沿着槽整个长度运行，当活塞通过时提供金属与金属的密封;外钢带作为防尘带以防外部细小颗粒进入。这种气缸具有三面燕尾槽的构造和模块化的部件，并且易于组装。无杆气缸以其特有的运行稳定性、良好的自行导向性和独特的金属密封，实现了气缸的超长周期运行(使用周期可达到3～4 a)，且具有免维护的特点。

2005年3月用无杆气缸替代缆索气缸在生产线上进行试用，3年内没有发生气缸密封故障。鉴于上述试用情况，2008年下半年至2009年12月在6条二步法生产线的定型铺丝和引丝区域进行了无杆气缸的推广使用。到目前为止，这类气缸的运行仍较为平稳。以无杆气缸替代缆索气缸，不仅解决了气缸密封过早失效问题，而且节约了大量能耗及检修费用。

3 结语

对腈纶二步法生产中间工段的设备进行了改进，使中间工段设备故障率得到了控制，大大提高了设备运行的可靠性。据统计，2010年卷曲机、定型机、上油机等设备故障率较2009年改进前分别下降43.8%、55%和33.3%，尤其是卷曲机和定型机，改进后设备故障明显降低，对提高中间工段设备运行性能起到了关键的作用，确保了腈纶生产装置的稳定运行。

［1］ 徐灏，邱宣怀 ，蔡春源，等．机械设计手册(第3卷)［M］．北京:机械工业出版社，1991:18－58．

［2］ ［苏］C．B．谢联先．机械零件的承载能力和强度计算［M］．汪一麟，译．北京:机械工业出版社，1984:454－462．

Analysis on Equipment Failure in Middle Section of Acrylic Two－step Process and the Improvement Measures

Zhang Ying
(Acrylic Fiber Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The purpose of equipment failure analysis is no only to find out the causes but also to raise and implement effective improvement measures so as to avoid recurrence of similar failures．The equipment failure in middle section of acrylic two－ step process was analyzed，the causes were found out and corresponding improvement measures were adopted，so that the failure rate in middle section was reduced effectively and the reliability of equipment operation was improved．

middle section，device，failure，analysis，improvement

1674－1099 (2012)03－0034－03

TQ342+.31

A

2012-03-27。

章英，女，1965年出生，工程师，毕业于华东理工大学机械设计制造及其自动化专业，主要从事设备管理工作。