BDO运行部循环风机故障原因分析与改进

邵彦顺

摘  要：某公司装置循环风机为三叶罗茨风机，在运行4年中出现了一些故障，本文对出现的故障进行了整理分析，对风机振动超标、机械密封失效、膨胀节破裂、减速箱和齿轮箱油温异常等设备问题进行了分析并改造。

关键词：罗茨风机;机械密封;振动超标;改进

循环风机型号为RBS 225/TMD-V，主要由电机、减速机、联轴器、主机、撬装机座5部分组成;主机包括机壳、主从动叶轮、同步齿轮、轴承座、墙板、密封等。风机入口和出口设有消声器，主机、电机和减速机由同一个鋼底座承重，底座设有减震器。转子材质为球墨铸铁GS400-15， 壳体和墙板材质为灰铸铁G250，主轴为合金结构钢整体锻造，齿轮为合金钢。主要技术参数：电机功率500KW，主机轴功率416.8KW，主轴转速1220RPM，转子直径639mm，转子长度1110mm，进气压力0.52bar，进气温度51℃，排气压力1bar，排气温度85℃，气体流量29133Nm³/h。

1 存在的故障现象

6台循环风机自2014年7月投运以来，设备振动值均在15～20mm/s之间，极限达到32mm/s，未达到振动值小于10mm/s的技术要求;按照石油化工旋转机械振动标准分类风机属于Ⅲ类设备，按照振动烈度评定等级属于D区“不允许”运行状态。设备在长期处在高频率振动、反复载荷状态下，对转动部件造成疲劳损伤、脆性破坏，使用寿命降低，设备故障频发，导致甲醛装置多次停车，主要设备故障如下：

1.1 机械密封失效

风机运行2个月后机械密封介质侧动静环端面磨损，动环端面外圆崩口，腔体、压盖内有大量污渍，轴套上浮动位置处有磨损，弹簧有腐蚀断裂现象。机械密封泄漏量大，密封水进入系统，因铁钼法甲醛工艺的特殊性，输送介质甲醛和水含量过高会造成甲醛聚合，附着在风机腔体内壁和转子表面，导致系统带水量大造成反应器催化剂床层无法升温、破坏催化剂的严重后果。

循环风机介质为：2.495% H20 、0.038% HCHO 、1.091% CH30H、1.091% CO、0.194% DME、81.367% N2、0.032% CO2、1.411% Ar、13.315% O2，甲醛等有害物质泄露将污染环境，对现场操作人员的人身安全造成极大的伤害，密封问题急需解决。

1.2 减速箱和齿轮箱油温高

油温长期在85℃～110℃，润滑油粘度降低、润滑性能下降，造成轴承使用寿命低，出现多次轴承抱轴事故，现场被迫投用工厂风强制冷却。

2 故障原因分析

2.1 风机振动超标原因分析

（1）罗茨风机属于容积式压缩机，厂家为降低成本，通过减小机型、齿轮箱将电机转速增大1.64倍的方式达到要求风量，转速越高，振动越大。设计选型偏小是风机振动超标最根本的原因。2018年年5月5日投入运行一台国产风机，转速只有741RPM，振动值明显低于进口风机。（2）风机转子因键槽不密闭、平衡孔击穿，转子内部进水，导致风机动平衡破坏无法运行;（3）循环风机基础较为薄弱，风机振动大引起基础出现裂纹，使振动进一步扩大。

2.2 机械密封失效原因分析

（1）风机转子较重，转速又高，支撑采用滚动轴承，轴承损耗较大、寿命降低;风机采用机械密封，机械密封对间隙值要求较高，轴承磨损后，间隙值变大，密封效果降低，造成泄漏。（2）机械密封形式采用多弹簧式双端面机械密封，静环材质为硬质合金，动环为碳化硅，冲洗方案采用PLAN54。密封水为循环水，循环水水质较差，对弹簧腐蚀， 导致密封面偏磨，造成机械密封内漏;密封水进入腔体造成内部结垢、系统带水量大。

2.3 减速箱和齿轮箱油温高原因分析

物料气温度高，转子转速高是减速箱和齿轮箱温度高的直接原因;减速箱内设计的冷却盘管管径小、弯头多、换热面积不足，冷却水管线堵塞造成换热效果差，致使传动轴承长期高温;齿轮箱采用飞溅润滑、未设计减温装置。减速箱及齿轮箱各润滑部位油温达到110℃，接近轴承使用极限温度，使用寿命降低。

2.4 金属膨胀节破裂

因膨胀节与风机连接的管道配管不合理存在管道应力;风机振动较大，膨胀节缓冲效果较差，管道与风机形成共振，进出口膨胀节在交变载荷的工况下陆续出现U型波峰处裂纹失效。出口单向阀不符合规范，未设置阀瓣开启限位装置，导致甲醛一套三台风机开机后出口管紧临单向阀的膨胀节被阀瓣打破。

3 采取的改进措施

3.1 风机振动超标问题处理

（1）风机转子上钻小孔，将内部的水甩出，在一定程度上降低因转子不平衡产生的振动。（2）循环风机基础为弹性基础，基础较为薄弱，因风机振动较大基础出现裂纹。2018年6月15日检修时对循环风机基础出现的裂纹进行了焊接加固，加固后循环风机C07120101C减速机端和减速机水平方向的振动值从23.1mm/s降到了10mm/s以内。由此可见，风机基础不牢固是也造成振动大主要因素之一。（3）风机找正不好也会引起振动值超标，在每次检修时检查风机的对中情况，定期紧固地脚螺栓。

3.2 机械密封改造

因现场条件限制，循环水无法使用，机械密封只能改成气封。改造基于以下四方面进行：第一是避免风机带水;第二是密封甲醛气体可靠; 第三是有效克服机组开停机对密封产生的损坏;第四是密封产生的热量适宜，避免密封温度过高导致同步齿轮箱油温升高。通过技术分析，最终选择在原来机械密封的腔体内安装迷宫密封和碳环密封相结合的复合式组合密封。复合密封内侧采用迷宫密封通过多齿节流，减少介质压力起到密封效果;外侧采用小间隙碳环密封，进一步减低泄漏;在迷宫密封和碳环密封腔体均充入密封气，起到冷却及密封的效果。轴套外圈与碳环密封接触面，喷涂陶瓷，增加轴套的耐磨性和使用寿命。优化改造复合密封后在不增加强制冷却的情况下，轴套温度最高为66.5℃，密封效果良好。

3.3 减速箱和齿轮箱油温异常问题处理

（1）通过运行观察发现当润滑油位超过一半时会造成风机油温高，润滑油位保持在油视镜一半时为宜;（2）改造冷却水管线提高冷却效果;（3）2018年年7月二套甲醛循环风机独立油站投用后，风机油温降低8℃ 左右。

3.4 膨胀节改造

在相同的外形尺寸条件下，非金属波纹膨胀节的补偿功能比金属膨胀节的大得多，将金属膨胀节更换为橡胶膨胀节;消除管道应力，依据工业管道的设计规范要求，除了设备所提供的固定点外，在进出口管道弯头处增设固定支架，解决了管道与设备共振的问题。

4 结束语

对于以上出现的设备问题进行技术优化和改进，目前设备基本运行正常，油温控制在90℃以内，振动值在12mm/s以下，考虑到转速较高、减速机找正困难，及设备选型存在先天缺陷，建议后续从直联式降低转速等方面设计改型，彻底解决甲醛装置长周期瓶颈问题。

参考文献：

[1] 王福利.石油化工厂设备检修手册.压缩机组.中国石化出版社，2007.IBSN 978-7-80229-282-6.

[2] 王超.罗茨鼓风机常见故障的原因分析及排除方法[J].中国水泥，2006，（12）.

[3]梁多兰，陈来保，黄新景，李京沛.罗茨鼓风机故障原因分析及处理[J].河南化工，2009，（06）.

[4]王国华，柯品剑.罗茨风机常见故障检测与维护[J].通用机械，2007，（03）：37-39.

[5]王芳，吴青卫.L41×49WD-1 罗茨风机的维护检修[J].化工生产技术，2002， （03）：42-44+52.