硫回收锅炉给水泵轴承损坏原因分析与改进措施

王迎春

（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古赤峰 025350）

0 引言

在煤化工天然气生产中，机泵凭借其自身的独特优势，已经成为煤化工生产中最普遍使用的设备[1]。本文以某天然气公司除氧站装置硫回收锅炉给水泵231aP04 的轴承故障为例，进行分析总结。该泵自2015 年6 月运行至今，期间轴承多次出现损坏，轻则轴承保持架变形轴承温度过高烧轴，重则轴承抱死主轴报废，不仅影响装置的平稳生产，造成装置生产波动，也使装置安全存在重大隐患，必须从本质上查明造成机泵轴承频繁出现故障的原因并根治。

泵231aP04 基本性能参数为：流量10 m3/h，操作温度102 ℃；入口压力0.04 MPa，出口压力1.1 MPa。

1 典型案例

2018 年7 月31 日8：00，外操巡检发现至泵231aP04 检查时发现机械密封偶尔出现冒白烟现象，及时将情况汇报给当班班长，班长到现场确认机械密封处确实冒烟，立即通知值班领导。10：00 接班班组提出231aP04 盘车无法盘动。经现场检查发现231aP04 看油窗松动，且油窗内有四氟胶带遮挡，非常像轴承箱油位。进行放油检查，从轴承箱内只排出很少的润滑油，油质发黑、金属屑多并伴有焦糊味。补偿油杯内为满油状态。维修人员拆检机泵发现：3 个轴承的保持架变形断裂，前端轴承损坏比较严重，由于高温导致颜色变黑、与轴粘连，轴轻微弯曲，轴径缩小0.1 mm，机械密封未解体检查，表面看静环断裂（不排除是拆卸过程中造成），如图1 所示。

图1 轴承及轴损坏情况

2 原因分析

2.1 管理因素

（1）泵231aP04 承包班组更换的润滑油窗大小不合适，丝扣偏小。为了安装稳固，班组选择多缠四氟胶带的办法，且在缠四氟胶带时不经意间将胶带缠到了丝扣的外面，从油窗外侧看非常像轴承箱的油位，导致油位判断错误，为轴承箱油位较低埋下了隐患。最终由于未紧固的油窗松动造成轴承箱内润滑油泄漏，员工通过油窗判断油位错误，补偿油杯进气孔堵塞不工作，导致该泵轴承箱润滑油缺少、轴承润滑不足。

（2）班组巡检不到位。机泵轴承的损坏并非突发事件，30 日白班231aP04 非驱动端轴承箱的温度就出现了较大变化，从29日的33.2 ℃上升至67.7 ℃，但白班测温外操、班长未对异常情况做进一步原因检查及汇报车间，且记录中故意将实测温度67.7 ℃写成35 ℃。中班巡检过程中也没有发现异常，直到夜班8：00，231aP04 机械密封处冒出白烟才发现问题，直接导致轴承损坏事件的扩大。

（3）班组执行公司规定不到位。本次轴承损坏事件补偿油杯进气孔堵塞，补偿失效，与班组每周三白班对全装置机泵油窗及油杯部位检查清洁有直接关系。车间要求油窗清晰、油质正常，油杯滤网干净、完好，备用设备油位不足补充到位，油质不良更换并做记录。但是该事件发生后对比231aP04 实际情况没有一条能达到车间规定要求。

2.2 设备本身结构因素

（1）该泵在29 日非驱动端轴承温度由33.2 ℃涨到67.7 ℃。经分析，非驱动端轴承的主要作用是承受泵转子轴向力，内部为背靠背的两个40°接触角的滚动球轴承，设计甩油环带油为轴承提供循环润滑。角接触式轴承虽然能承受较大的轴向力，但仅是在端面完全垂直的情况下，其允许偏斜角很小[2]。该泵设计为两端支撑，驱动端轴承箱体与非驱动端轴承箱体间距离较远，两者中间经过泵盖、托架等，可能导致装配后的同轴度误差超过角接触式轴承的允许偏斜角，使角接触式轴承内的滚珠不能同时受力。再加上该泵的转子轴向力指向驱动端，承受轴向力的轴承为外侧轴承，而该轴承箱的甩油环设置在靠泵侧，原设计目的是阻断泵轴从介质传导过来的热量，但这使受力的外侧轴承循环冷却油量不足。

（2）现场拆检泵231aP04 发现，非驱动端轴承箱止推轴承圆螺母止动垫片可能存在质量缺陷，锁片防松失效，锁紧圆螺母松动脱开。因为该泵转子的轴向力是指向驱动端的，泵轴在轴向力作用下向驱动端窜动并发生显著位移，轴在窜动的过程中将挡油环沿轴向从轴承箱内带出，机械密封均在轴向位置上发生一定移位，此现象与设备拆检现场情况吻合[3]。圆螺母、止动垫圈配合使用是滚动轴承常用的轴向定位方式。泵运转时，因轴向力的存在，轴承外圈则承受推力，压紧在静止的轴承箱内孔端面上，内圈被圆螺母与转子锁紧为一体，滚子作用到内圈又传递到圆螺母上的轴向力，以及圆螺母自身的惯性力使圆螺母有松开的趋势，圆螺母止动垫圈的锁片受剪力。每次维修止动垫片的锁片都会折两次。经分析认为231aP04 推力轴承圆螺母、止动垫圈的松脱，是止动垫圈的锁片在剪力作用下发生疲劳、原有折痕等综合因素影响下断裂，圆螺母失去了防松装置，在长时间使用中逐渐松开。

（3）现场拆检过程发现轴向力过大，导致主轴在轴向上发生了一定位移。在运转过程中，转子上同时存在轴向力和径向力，在轴向力驱动下转子沿轴向发生轻微移动，由于转子在轴向、径向上均由轴承固定，因此最终作用在转子上的径向力、轴向力将全部转移到轴承上。如果作用在转子上的力超过了初始选定轴承的动、静载荷强度，将极大地降低轴承的使用寿命，并且偶尔会出现振动大、温度高及声音异常等超负荷表现。虽然全部消除作用在转子上的力是不现实的，但设法减小作用在转子上的力是切实可行的，特别是轴向力可以通过最初的设计或后续的改造来减小[4]。

3 改进措施

3.1 管理方面

（1）针对此次事故的主要原因，车间对全装置所有机泵的油窗、补偿油杯、润滑油油质开展专项检查，择机将普通看油窗全部更换为带背光板的看油窗。将使用不好的补偿油杯进行更换或改造，确保补偿油杯正常工作。

（2）严禁巡检走形式，不按规定巡检。班组和车间要充分利用视频和人员巡检，发现问题及时处理、汇报。班组要认真进行操作记录填写，严禁做假记录。

（3）车间加强管理，监督班组严格执行设备各项制度落实和到位。针对近期投用的小神探系统，车间出台和完善相关配套规定，杜绝只使用而不看结果的现象。

3.2 设备本体方面

（1）根据该泵的初始设计，计算可得转子轴向力为1680 N，相对于内径60 mm 的73 系列滚珠球轴承，完全能满足需要。即使用63 系列深沟球轴承，其承受的额定轴向动负荷也能完全满足。由于深沟球轴承的允许偏斜角相对于角接触球轴承大得多，在稍有偏斜的情况下，承载的滚珠数量较多，发热量就较小[4]。因此，将该泵的轴承可更换为6312C3 型深沟球轴承，该轴承能完全承受泵转子的残余轴向力，增大抗偏斜能力。为了使靠近甩油环的轴承承受轴向力，在两轴承内圈端面之间增加0.05 mm 的垫圈，当两轴承内圈靠紧时外圈稍有间隙。适当提高润滑油油位，装配时外侧端盖与轴承外圈之间的端面应留0.2～0.3 mm 间隙。

（2）在轴承箱上设置与重整装置同型泵类似的简易喷淋冷却装置。该冷却装置直接将冷却水淋在轴承体外表上，实践证明冷却效果很好，可有效为轴承降温，防止轴承温度过高导致润滑油变质，恶性循序最终损坏轴承及轴，发生着火爆炸等次生事故。

（3）重新制作1 套叶轮的密封环。将密封环间隙处直径加大到165 mm，即与叶轮密封环间隙直径基本上一样，目的是大幅减小轴向力，减轻轴承受力，降低发热量。装配时将原叶轮的密封环和泵盖上的密封环换掉。提高装配要求，在重新拆装时务必注意各配合零件端面的平面不要有突起、装配后贴合，防止偏斜；检测油环套两端面平行度小于0.05 mm，确保轴承受力正常。

（4）改进推力轴承的轴向紧固措施。采用双圆螺母+止动垫圈结构，规格为20 mm，材料为Q215，退火，表面氧化的止动垫片。

4 结语

本文通过对泵231aP04 轴承损坏典型案例进行详细分析，找出轴承频繁发生故障的根本原因，并制定了一些改进措施，对该泵轴承结构及冷却方式做了相应改进，彻底解决了该泵轴承频繁损坏的难题，不仅节约了维修成本，而且延长了的有效运行时间，对防止装置生产波动及事故扩大，保证装置安全平稳运行具有积极作用。从实施改进措施后的应用效果看，截止目前没有出现一次轴承故障，为国内相关石化设备人员处理类似问题提供借鉴和参考。