冷却塔轴流风机断油故障原因分析及改进

2012-09-07顾翼

石油化工技术与经济 2012年6期

顾翼

(中国石化上海石油化工股份有限公司化工部，200540)

中国石化上海石油化工股份有限公司化工部乙二醇装置2#循环冷却水系统是为换热器提供循环冷却用水的公用工程，于2007年正式投入运行。其工艺流程是由泵输送的冷却水经装置换热升温后返回冷却塔上部，通过布水系统喷头均匀喷洒布水后，缓慢地沿塔内填料波形弧线下降，与塔底上升的冷空气逆流换热实现冷却，达到冷却水循环利用的目的。冷却塔顶部安装的轴流风机通过拔风增大塔内上升的冷空气流量，达到增强换热的效果。

2#循环冷却水系统冷却塔配套安装了SL98型轴流风机，轴流风机的维护按照国家标准GB 50231—2009《机械设备安装工程施工及验收通用规范》，每6个月做1次常规检查，1年实施1次小检修，3年进行1次大的维护保养。

1 风机故障情况及原因分析

2012年3月9日，SL98风机运行中发生过载故障跳停。跳停前控制室可编程逻辑控制器(PLC)显示风机油位正常，油温无超限报警信号，电机电流也无明显波动;现场风机传动轴完好无损，叶片与冷却塔风筒无刮擦现象，风机减速箱周围无大面积漏油痕迹，但在距离减速箱600 mm处油管底部查找出了直径约5 mm的腐蚀孔;盘动风机叶片时发现有卡滞现象，经检查发现卡滞现象故障点在风机减速箱。

1.1 减速箱故障情况及原因分析

SL98型轴流风机减速箱采用二级齿轮变速，输入轴末端装的锥齿轮与中间轴上的弧齿轮通过啮合传动实现一级减速，减速后的中间轴通过中间齿轮与输出轴齿轮啮合实现二级减速。经过对减速箱内一、二级齿轮和齿轮啮合情况的检查，发现中间轴上安装的弧齿轮和中间齿轮齿面均有损伤痕迹。

1.1.1 弧齿轮损伤情况

SL98风机减速箱采用闭式齿轮传动，弧齿轮的啮合以飞溅方式润滑。检查发现，弧齿轮齿面有疲劳层凹麻点(见图1)。

图1 弧齿轮损伤情况

弧齿轮的轮齿在靠近节线处啮合时由于相对滑动速度低，润滑不良，形成油膜的条件差，造成摩擦力偏大，所以在靠近节线的齿根面上易出现点蚀［1］。经观察发现，弧齿轮齿面麻点靠近齿根部位，与接触应力下因疲劳而产生的剥蚀点蚀现象相符，由于弧齿轮啮合时只有一对齿，啮合时轮齿受力最大，在润滑不佳时弧齿轮齿面更易出现麻点。

1.1.2 中间齿轮损伤情况

中间齿轮的啮合传动采用油浸润滑方式。检查发现，在中间齿轮左侧第三齿面有4处齿面损伤(见图2)。

图2 中间齿轮损伤情况

齿轮在啮合传动过程中，齿面间由于压力增大，瞬时温度增高，当发生停止供油等事故造成润滑效果差时，相啮合的两齿面会发生温度升高导致胶合等情况，而两齿面又作相对滑动，因此胶合的齿面容易被撕破［1］。中间齿轮齿面上的损伤痕迹为凹坑状，均处于齿面啮合沿相对滑动方向上。

1.1.3 减速箱故障原因分析

拆检减速箱后发现，齿轮输入轴表面因与油封干磨造成的划痕，以及轴承滚珠因发热发生粘结、变形的状况(见图3)，都证明风机运行中减速箱润滑油发生了严重泄漏。由此可以确定，造成齿轮损伤的主要原因是减速箱润滑油的缺失。

图3 输入轴和轴承损伤情况

1.2 风机油管泄漏情况及原因

风机减速箱内的油位通过减速箱底部的油管外接显示在风筒外液位计上。SL98风机油管材质采用了镀锌碳钢管件，在距离减速箱600 mm处的油管底部发现了直径约5 mm的腐蚀孔，泄漏的润滑油落在风机下方的冷却塔收水层上，由于孔径小，单位时间内泄漏油量不多，加上风筒内大量的水汽冲刷，所以泄漏点下方收水器表面未出现油层堆积现象。

乙二醇循环水系统采用硼化溴溶液作为日常杀生剂使用，由于投加了杀生剂和风机拔风的作用，使得冷却塔风筒水汽中常含有溴离子。未采取防腐措施的碳钢在卤素离子的作用下极易产生孔蚀现象，且孔蚀产生的孔大多数情况下都比较小，通常被腐蚀产物或沉积物覆盖，所以要发现蚀孔很困难［2］。夹带溴离子的水汽在风机拔风作用下上升，附着在SL98风机基座外油管底部，使其表面产生孔蚀，由于腐蚀物的覆盖，在风机常规检查中没有引起重视，最终导致了穿孔现象的发生。

1.3 磁性液位计失效及原因分析

SL98风机油位显示采用磁性液位计形式。液位计浮子随减速箱油位变动而上下移动，浮子内永久磁钢通过磁耦合作用驱动面板上两色翻柱翻转，实现油位现场指示，并通过变送器将磁浮子移动产生的电阻信号变化转换成4～20 mA电流信号传至控制室PLC上，实现远传显示。

故障发生时现场磁翻板和控制室PLC的风机油位显示与减速箱实际油位存在明显偏差。用吸铁石检查磁翻板，翻柱翻转正常，无卡阻现象，控制室PLC油位显示随翻柱变化反应灵敏，但移去吸铁石后磁翻板翻柱无法恢复原状。

经调查后发现，SL98风机由于减速箱散热状况不佳，风机油温在夏季经常达到85℃以上，而现场磁性液位计在选型时忽视了温度参数的限制，标称温度仅为80℃，使磁浮子在实际使用过程中出现了消磁现象［3］。随着时间的推移，剩磁量减小，磁浮子剩磁在小于耦合临界值后无法驱动翻柱翻转，造成磁性液位计失效，磁翻板和PLC油位显示出现了假液位，影响了操作工对风机油位的判断，未能及时发现减速箱漏油现象。

1.4 油温报警设置不完善

SL98风机减速箱采用铂电阻将油温信号接至控制室PLC，油温报警值设置为88℃，主要用于控制夏季高温时减速箱油温，防止齿轮因润滑不良而损伤。风机故障时减速箱油温最高值接近88℃，但未形成报警，PLC采用手动翻页显示方式，由于未达到报警值，PLC不显示报警画面，造成了操作人员的疏忽。经检查PLC油温趋势图发现，风机故障前减速箱油温曾出现两次突然升温，由于没有出现报警信号，操作人员未能及时发现风机油温的突变信号，最终造成了风机故障的发生。

通过以上分析可知，风机碳钢油管发生孔蚀穿孔造成润滑油大量流失，是造成风机断油故障的直接原因，磁性液位计因消磁现象未能对油位变化作出反应，以及油温报警值设置过高，未能及时对风机油温突变信号形成报警，是造成风机断油故障的间接原因。

2 改进措施

(1)根据国家标准GB 50231—2009更换了全套的减速机轴承，并按标准将输入轴轴承间隙控制在0.08～0.12 mm，中间轴轴承间隙控制在0.10～0.15 mm，输出轴轴承间隙控制在0.15～0.20 mm;更换了弧齿轮、弧齿轴及中间轴，并按该标准调整了齿轮间隙;更换了机械密封和全套O型圈，油封及紧固件。

(2)将使用中存在腐蚀现象的碳钢油管更换成316不锈钢油管;另外在距离风机减速箱油管接口250 mm处(减速箱基座内)加装了不锈钢阀门，以便于处置油管泄漏故障，同时也方便检修和更换润滑油。

(3)对SL98风机加装玻璃管油位计，以直观了解减速箱油位的变化。对风机油温报警值进行了调整，按夏季和冬季分别设置不同的报警值，及时捕捉油温突变信号，预防故障的发生。

(4)对操作人员加强培训和管理，提高其责任心，使其能及时发现隐患。