某石化公司水务作业部二污氧化沟转碟结构改造及效果评价

摘要：本文首先介绍了某石化公司水务作业部二污氧化沟在改造前存在的设计问题，由于运行工况恶劣产生的故障隐患，并造成了较大的经济损失，其次介绍了改造思路、主要技术要点，最后总结改造效果。

关键词：氧化沟;转碟;磨损;骨架油封;轴头设计;结构改造

1、项目背景：

某石化公司水务作业部第二污水场（以下简称二污）生化处理采用的是氧化沟工艺，该工艺采用转碟曝气机对给氧化沟污泥充氧和推流。转碟属卧轴式表面曝气机，它横跨在氧化沟（水池）上，转碟两端到轴承座支撑，碟片半浸没于水中，一台电机带动单个或多个转碟旋转，碟片搅动水体，转碟上的多面突出物与水面发生撞击进而激起大量水花，使得空气中的氧气和污水充分混合，达到充氧和推流目的。带减速机的电机利用变频调节转碟的旋转速度，控制水中溶解氧的浓度，因此转碟是氧化沟的核心设备，直接关系到污水处理是否合格。二污共有2套氧化沟，共有转碟曝气机16台，其中有4台3碟联轴式、4台2碟联轴式、8台单碟式。近几年，设备运行工况差，氧化沟工艺需要水位高，转碟轴两端轴承座密封不好，时长泡在水里，轴承易进水，污染润滑脂，导致设备轴承腐蚀磨损严重，经常发生因设备损坏轴承而抢修，每次需要动用50-75吨汽车吊用已配合，且需要频繁更换转碟轴等贵重配件，检修费用居高不下，检修时间长，维修劳动强度大，给装置生产带来极大威胁的同时给我公司增大了很高的人工成本。根据我公司统计，仅2013年，用于2套氧化沟检修购置配件。使用大型吊车费用达110万元，其中我方承包范围吊车就有40台班，折合人民币20余万元。二污长期固定机修专业维护人员6人，绝大部分工作集中在处理转碟故障。因此，氧化沟转碟设备改造迫在眉睫，在某石化公司机动处、水务作业部及泰州润兴机械设备公司的共同努力配合下，于2015年率先对1#氧化沟转碟进行了改造，2016年4月对2#氧化沟转碟进行了改造，改造后较之前运行提高了很高一个档次。

2、改造前转碟运行工况及存在主要问题：

以两轴式为例，见下图一和图二：

由以上两图可见：转碟运行水位高，在转碟旋转时能打起较高水花，水花会沿轴向洒落在轴承箱上，因轴承箱密封为普通的骨架油封，长期使用，轴颈密封部位已磨出沟槽，轴颈材质为45#钢，未经硬化处理。密封效果不佳，污水本身含活性污泥，对油脂有非常强的渗透腐蚀性，污水进入轴承箱后，会使润滑脂快速变质，正常生产维护时，每班要安排两名员工加润滑脂，按照项目背景描述各类转碟数量计算，共有轴承箱56个，每天加10个轴承箱润滑脂，则需一周时间才能加完。轴承容易带水运行磨损腐蚀加剧（如下图3，因工艺不能停机，确认轴已经严重磨损但不能停机检修，导致轴颈由ø130mm磨损至ø50mm，设备运行振动非常大），寿命缩短，装置处理量大时，对于三轴式转碟，若一个轴承发生损坏需要维修，则其余两组转碟不能运行，生产压力剧增。

3、转碟存在的主要设计缺陷：

3.1、转碟轴更换轴承时，必须要将转碟轴用汽车吊吊出方可进行，大大延长了检修时间，增加维修费用和人工成本（如下图4）。

3.2、轴承箱密封不可靠，导致轴承易进含活性污泥的污水。

由两部分原因造成，一个主要原因是轴颈部位本身硬度及耐磨性不够，长期运行磨损出沟槽;二是采用的单个骨架油封密封，在轴颈磨损情况下，加上污水含有多种化学成分，油封寿命缩短，极易损坏老化失效。

4、技术创新改造方案及内容：

4.1、重新設计加工转碟轴，轴头设计成可拆卸式（见下图5），维修更换轴承时，不需要将转碟轴吊出，只需要拆卸中间短接及轴承座（红色方框内部分），即可更换轴承，转碟轴与中间短接刚性连接部位设计采用12颗M16不锈钢螺栓加弹簧垫紧固。同时，轴头采用45#钢，轴颈装配油封部分进行硬化处理，为轴承箱密封打好基础。整体转轴采用均匀厚壁无缝钢管制作，钢管材质为优质碳素结构钢，在加工车床上一次性加工完成，确保设备的稳定性。主轴装配盘片表面进行喷砂及手工除锈后，进行全面特殊防腐处理，再用玻璃钢纤维布包裹。主轴整体重量由原来单轴1.3吨增重至2吨。主轴和盘片装配处放置橡胶垫，防止转轴旋转时碟片移动。半片碟片之间用M16不锈钢螺栓加弹簧垫紧固。

4.2、轴承箱改造，支撑座轴承依旧选用双列调心轴承，在原来22226C基础上重新设计选用承受载荷更好的22324CA型号轴承，该轴承外圈中间带油槽，确保加油嘴在轴承箱顶部时加润滑脂依然能够加到轴承内部，不用拆卸轴承箱盖即可加脂。轴承座采用球墨铸铁制造，并进行防腐。润滑脂选用格力威2#减震高温润滑脂，该润滑脂有优良的抗酸性和循环废水性能。轴承箱由原单一简单型骨架油封，重新改造设计为进口双唇密封，在骨架油封靠轴承侧加了一道氟橡胶的O型圈，此设计该具有进一步防止污水进入，也可防止轴承座内润滑脂外溢的功能，提高轴承的使用寿命。

4.3、安装质量控制要求

4.3.1、轴承壳座的安装，水平度要求≯5mm;

4.3.2、主、副轴的安装，调整水平度、轴距≯5mm;

4.3.3、整体设备的调试应运行平稳，无卡阻。

5、转碟改造后运行情况：

经过改造后，转碟运行故障率大幅度降低，得到了某石化公司机动处和水务作业部的一致肯定，不仅大幅度降低了维修费用，更使我公司的维护成本成倍数降低，改造前后一系列生产及经济数据对比具体见下表一：

转碟在改造后，运行较好，之前的频繁抢修，向日常维护保养，定期加脂迈进，通过加强维护巡检，能预知转碟轴承运行趋势，更加可靠的为污水处理工艺服务。

6、总结：

从机械专业角度看，转碟的成功改造，最受益的不仅是石化公司也是检修单位，由最初的靠人力加班抢修保证生产，变为目前重点工作是维护加脂，减轻的不仅仅是成本，更是员工的心理压力和劳动强度，今后设备改造之路必须要坚持走下去，同时也为石化企业发展做出新的贡献。

参考文献：

闻邦椿. 《机械设计手册》. 北京：机械工业出版社，2010.

作者简介：

姓名：冯伟，性别：男，出生日期：1986年7月，学历：本科，职称：工程师，研究方向：化工机械及流体设备维修改造及设计。