水泥厂辊压机生产运行风险分析及防控

邵斐豪，马 啸，戴东楠

（中国太平洋财产保险股份有限公司，上海 200080）

0 引言

在承保多家国内大型水泥生产龙头企业的过程中，保险公司风险工程师为大量水泥企业提供防灾防损服务。水泥生产过程中使用的各类机电设备已经成为重要的生产要素，相对于原材料的选择多样性，各生产线尤其是核心关键设备是确保企业生产高产出率、高连续性、高效率性、高品质的基石。总结历年风险查勘的情况，绝大部分企业的各类产线都存在设备瑕疵和小故障，设备管理部门基本维持“只要设备不强停，维保检修放一放”的状态。最为突出的就是水泥辊压机，作为水泥行业生产的核心关键设备，存在工作环境恶劣、低速重载运行、载荷波动大、系统部件多、零部件老化等影响因素，再加上环保节能引起的频繁启停机，辊压机在使用过程中难免出现故障。而辊压机减速器又是重中之重，结合保险公司理赔案件的数据统计，始终是出险案件数量和赔付金额占比较高的关键设备之一。

1 减速机运行风险辨析

在各类辊压机中，故障率、损失率最高的设备就是减速机，故对减速机运行状态的分析、研究是首要任务。

1.1 润滑油泄漏与机体发热

在减速机运行的过程中，发热和漏油的现象是普遍问题。在减速机连续长时间不间断工作的同时，减速机内各个齿轮相互摩擦运行工况差、负载大，金属齿轮间摩擦热量大、升温快，较易达到异常高温；减速机内润滑油在高温环境下稀释并改变分子性状，从减速机各个缝隙中被挤出，又加剧了减速机的发热情况。若对于润滑油的使用缺乏科学、有效、成体系的管理模式，则会降低设备完好率、增加油耗量，造成经济损失、环境污染，情况严重时还可能引起减速机少油、断油，加剧齿轮啮合面磨损，齿轮发生剥离或者咬焊，引发设备安全事故。

（1）渗漏泄漏。水泥厂各产线大多使用闭式减速器，实地查勘中发现有局部漏油情况发生，大致可将润滑油泄漏情况做以下分类：①不同密封面，如静密封面、动密封面；②不同机体部位，如低速轴伸出端与轴承端盖轴孔之间缝隙、高速轴伸出端与轴承端盖轴孔之间缝隙、箱体结合面；③不同故障，如油封失效、密封盖弹出、通气器漏油等。

（2）油温过高。减速机运行中，减速机内部润滑油温度快速上升，若由于某些异常情况，如泄漏导致油量不足、超负荷导致部件磨损加剧等原因，润滑油温升较易超过既定上限工作温度，直接引发润滑油性状改变，主要体现在稀释和氧化，润滑油失去压力、润滑、冷却、吸振等关键作用，同时还会进一步产生大量油泥和酸性物质。在原本就比较恶劣的工作环境中，加剧了润滑油失效的因素，超温超压情况下润滑油分子间结合被打破，凝结性能、延伸性能大幅下降，导致齿轮表面、轴承等部件表面润滑油覆盖不足乃至流失，金属部件失去润滑油保护直接啮合，温度急剧升高、压力急剧增大，很快就会形成点蚀、磨损、变形，若不及时维护保养，不久就会严重磨损乃至损坏。

（3）油品下降。无论何种润滑油，在日常运行过程中都不可避免地面临品质下降的问题，减速机中的润滑油尤为甚之。金属粉末、析出游离水、渗入空气等都是污染物的主要来源之一，异物嵌入加剧磨损卡涩、酸性物质腐蚀金属部件、氧化变质降低润滑油黏度等都是主要问题表象。润滑油中的成分和元素也随着使用时间、使用工况而发生转变，当某一元素超过正常参考值或产生异常变化，则可能意味着某些部件已经发生损伤或故障。

1.2 齿轮磨损与机体异响振动

减速机在经过长时间运行后，较为容易发出异响，且振动幅度、振动频率产生异常，最终可能导致无法正常运转。减速机发出异响或振幅变大、振动频率不均，有较大概率是减速机固定螺栓松动、脱落或由于减速机内部的齿轮、轴承啮合程度不良，此时减速机已经处于带病运行过程，若不及时处理，有可能造成更严重机械损伤。减速机内各类型齿轮相互衔接工作，在长时间高温情况下，零件金属微结构改变，导致金属零件失去物理性能。由于金属对热胀冷缩敏感，加大或减小减速机内部零件之间的间隙距离，会产生敲击、打齿或抱紧、锁死等情况，在压力、温度、润滑程度、内应力等多重因素下，导致齿轮部件磨损的情况，影响减速机的正常运行，并大大降低其使用寿命。

（1）断齿。齿轮局部或者整体出现断裂，进一步可分为以下3种：①塑变断裂，齿轮受到周期性的脉冲应力冲击，材料本身达到疲劳极限，容易在齿轮根部产生裂纹并延伸扩展，最终导致断齿；②疲劳断裂，齿轮承受的应力存在较大波动，材料的弹性降低，疲劳增加，裂纹逐渐增加，齿轮承载能力下降最终导致断齿；③过载断裂，当齿轮承受的载荷远超过其承受的最大限制导致断裂。

（2）疲劳。齿轮做周期性运动，两齿轮接触是相互啮合的过程，接触面之间存在作用力与反作用力，由于啮合点的变化，接触应力也产生脉动循环变化。当两齿轮的接触面持续承受较大的剪切应力时，在齿面刀痕处会产生小裂纹，随着接触应力的反复作用与时间推移，裂纹由表面向齿轮内部延伸发展。齿面出现剥落与疲劳浅坑，主要就是齿轮表面裂纹增加、成环状导致的。

（3）胶合。在减速机正常运行的过程中，齿轮表面覆盖的润滑油形成油膜承受压力。当某些因素导致齿轮啮合压力过大时，润滑油膜就会被挤破、撕裂，齿轮表面会在无润滑油润滑的情况下直接接触。由于齿轮工作环境温度高，加之失去润滑油的保护，可能造成两个齿面胶合在一起；当两个齿轮发生相对运动时，齿轮表面金属就会脱落，较硬的齿面将较软的齿面上的部分材料沿滑动方向撕下而形成沟纹，造成齿面损伤。

（4）磨损。长时间运行后润滑油中可能含有杂质，加上啮合齿面间的相对滑动，使一些较硬的磨粒进入了摩擦表面，改变齿廓，加大侧隙，导致齿面磨粒磨损。

（5）裂纹。裂纹分为制造裂纹和使用裂纹：制造裂纹主要由锻造中的缺陷造成，如刮伤、折叠等；使用裂纹主要由使用过程中承受过大的应力造成，主要集中在受力较大且不均匀的部位，如轮辐、轮齿、轮毂和轮缘等。

2 减速机运行风险原因分析

2.1 润滑油风险原因分析

（1）油量不当。在高速运转过程中，减速机密闭空间内润滑油油池剧烈扰动，加之润滑油进油方式可能为点对点强制润滑，在减速机内润滑油飞溅。减速机内润滑油量过多或过少都会导致设备故障：若油量过多，润滑油容易在轴封、端盖、结合面等处形堆积，形成油垢、导致漏油，增加轴承和齿轮等部件的运行阻力，电机能耗上升，散热效率下降，油温升高、黏度下降，表面的油膜变薄，正常的润滑状态被破坏，设备发生磨损；若油量过少，齿轮、轴承等转动部件不能得到充分润滑，油膜非常薄或不能形成油膜，不能起到润滑作用，设备磨损往往比前者更严重。

（2）通气不顺。减速机工作环境的限制会使减速机出现通气器堵塞或者通气不顺等现象，导致减速机内部因运行产生的气体无法正常排出，引起箱体内部的温度快速升高，大大增加箱体内部的气压，箱内润滑油在压力作用下会从设备缝隙处渗漏。

（3）维检精细程度不够。减速机的日常检修对其正常运行有非常重要的意义，润滑油的油量、油压、油温、油品等参数的日常及定期维护检查至关重要，时刻掌握润滑油的工作状态才能确保设备产线正常运行，若密封胶、密封圈等部件的清理、更换、选型、安装任何环节未按照标准流程进行都会影响后续生产。

（4）设计不合理。主要表现为未设计回油槽导致润滑油聚集渗漏、未装配通风罩导致内部温度压差不均、检查孔盖板材料太薄导致变形等情况。

（5）加工安装精度较低。减速机对加工和安装的精度要求较高，若设备的安装精度没有达到标准要求，减速机底座螺栓可能松动，引起高、低速轴孔处的密封圈磨损和机体振动加剧。若轴的精磨公差不到位、端盖加工精度不够、液体密封胶涂抹不够或者箱体配合面粗糙度不够等，都会产生不同类型的风险情况。

2.2 齿轮风险原因分析

（1）制造安装误差。减速机的齿轮在制造、安装中极可能存在误差不达标情况。每个齿轮可能都符合质量要求，但当多个齿轮组建成齿轮副时，误差被叠加，影响整个机构的啮合程度，可能会造成齿轮间过盈或间隙。运行时会额外产生高温、压力、应力，导致齿轮噪声与振动频率异常，进而发生风险事故。

（2）工作环境恶劣。减速机内部齿轮长期处于高温度、高磨损、高应力、高振动的环境中工作，对每个齿轮的质量都是考验。在如此恶劣的工作环境中，难免会造成齿轮的风险事件发生。

（3）消耗损伤加剧。齿轮表面、内部极易在生产过程中产生瑕疵，但损伤和损耗总量不超过设计允许值时，不会对齿轮产生较大的影响。当齿轮的损耗程度达到某个值或损耗速率下降过快后，则会从磨损演变为损坏。如在齿轮齿面拉伤、剥落的情况下，齿轮之间会互相撞击，产生明显的冲击，加大磨损程度，引发齿轮风险事故。每一个齿轮的使用寿命都面临很大的考验，任何环节的瑕疵都会被不断放大。

3 减速机风险管控措施

造成减速器损坏和事故的原因有很多，包括操作人员的不规范行为、轴承和齿轮的润滑质量较差、减速器长时间高负荷运转等。在设备日常运行过程中需要提前检查各项参数，预防风险变成隐患，阻止隐患恶化为事故。

3.1 检测长年限设备状态

某些企业全套引进日本设备至今已投产接近20 年，后逐步国产化，有个别进口设备至今仍在服役。日本原装设备因其独特构造，企业设备管理部门多年来只对其做外部检验，未针对其特殊构造安排无损探伤检测其内部齿轮情况。因原制造商已无法取得联系，更无法获得相关维护保养的技术指导，故企业只能继续保持设备投产，当设备损坏后重新选择国内供应商做置换处理。对运行年限长的关键机器设备安排定期状态检查，包括针对裂纹的无损检测（NDT），全面掌握其状态，并根据其缺陷情况采取针对性措施或者及时处理，避免设备意外损坏影响生产。

3.2 完善设备润滑管理体系

润滑管理是设备管理的重要环节，需要在管理和技术上采取一系列有效措施。

（1）润滑油检测。润滑管理体系中，润滑油检测意义尤为重大，在针对一些无法直接开盖检查其润滑部位的设备，通过对油液检测的理化指标、污染度、光谱、铁谱等信息的综合分析，并参考设备的运行工况、设备现场维修保养记录，可以有效实现机械设备的磨损故障诊断，找出设备故障发生的部位，确定故障的类型，解释故障发生的原因，预测故障发生的时间，及时发现设备的异常磨损故障隐患，指导设备的状态维修，避免重大恶性设备事故发生，降低设备维修费用。

（2）加大润滑油加注培训。建议企业在设备投入前，要求设备供应商对设备管理人员、设备使用人员、设备维修人员进行培训，充分掌握各种润滑油使用方法和补充更换周期，防止误用润滑油。

（3）建立润滑油检验制度。企业内部应建立润滑油监测制度，制定新油品检验制度和在用油品检验制度。新油品检验制度即在企业采购新油品时，必须要求油品供应商提供每批次油品的合格证及检测报告，在有条件的情况下取油品小样按要求进行检测，复核所购油品的各项参数。在用油品检验制度应根据设备实际使用情况制定取样送检规范，确定周期与对应流程，并根据检测结果及时按相关标准进行处理。

（4）规范润滑油检测周期。对于可能涉及减速机的主要设备润滑油，规划大致检验周期，如各类生料立磨、煤磨等关键设备的减速机、液压站中的齿轮油和液压油推荐检测周期为6 个月左右，若使用新油品可适当放宽但不宜超过1 年。

（5）制定润滑异常处理措施。常见的油品异常包括固体杂质污染、磨损异常等：固体杂质污染大多发现于粉尘浓度较高的磨机系统设备润滑系统中，如辊压机减速机、水泥磨主减速机；磨损异常大多发现于转动设备长期运转及磨合处，如立磨、回转窑等。建议根据润滑油异常情况制定不同的管理措施。

3.3 创建设备预测性维保框架

建议企业创建符合当下设备安全、高效运行的保养、维修方式，在故障发生前预判发生的可能性，以及时、科学的检测，指导充分、有效的保养，辅以专业、高效的维修，逐步梳理“以养代修”的理念，打造对设备基于状态监测的预测性运维框架，提高设备使用寿命、节约维修成本、提高企业经济效益、避免重大事故发生。如设备的润滑管理中，利用润滑油监测磨损状态的工作机理，通过对设备在用油中磨损金属的颗粒分析，预测设备主要摩擦故障情况，诊断故障部位、原因和程度，根据监测结果进行保养或维修。

3.4 打造设备智能健康管理系统

在预测性维保框架下，建立一套设备智能健康管理系统，通过多种技术手段来掌握关键设备的状态，准确评价设备状态。在机器设备状态管理智能共享系统或平台中，将振动数据、润滑管理（油液分析）、红外热成像等多种形式的机械设备状态数据相互关联、检测、诊断，对设备故障的根源进行有效维修。将各设备的运行状态数据，实时采集到数据处理平台，通过专业数据分析，根据设备运行状态信息和故障信息，对设备进行定点、定向的、有针对性的预测性维护和保养，根据监测手段所获取的各种状态信息，准确判断故障原因和设备隐患。

4 结语

近年来，水泥行业面临着国家宏观经济下行压力增大、政府环境保护政策更加严厉、企业生产经营成本上升等诸多挑战。提高生产精细化管理水平、降低生产成本迫在眉睫，杜绝设备带病运转，提高设备运转率、降低设备故障率是设备管理效益的体现，是企业利益的保证。本文在对某水泥厂实地查勘了解的基础上，结合保险公司的承保数据和理赔经验，以减速机为重点分析风险原因，提出了相应的防控建议，供生产企业参考。