磷銨裝置新型尾氣風機故障排除及改造

周楠（云南三環(huán)中化化肥有限公司生產(chǎn)制造中心，云南 昆明 650113）

磷銨裝置新型尾氣風機故障排除及改造

周楠（云南三環(huán)中化化肥有限公司生產(chǎn)制造中心，云南 昆明 650113）

云南三環(huán)中化化肥有限公司首次在磷銨尾氣洗滌工序中嘗試使用新型風機，但運行初期發(fā)生了殼體變形、劇烈振動等嚴重問題。通過檢查發(fā)現(xiàn)，殼體剛度不足是導(dǎo)致殼體變形的原因，水汽滲透進入葉輪內(nèi)部引起動平衡失常是導(dǎo)致振動的主要原因。最終通過維修解決了殼體的剛度和葉輪動平衡問題，并通過切割葉輪改善了風機的運行狀況，使改造后的新型風機成功應(yīng)用于磷銨工況。

尾氣風機;變形;振動;改造

磷銨裝置的兩臺尾氣風機是尾氣洗滌工序的關(guān)鍵設(shè)備，其運行工況特點是風量負荷大，尾氣含有水汽、粉塵、液沫等雜質(zhì)，葉輪容易結(jié)垢，對風機性能的要求比較苛刻。大部分同類裝置尾氣風機選用進口風機，使用最普遍的是美國Robinson品牌的風機，其轉(zhuǎn)子支撐方式采用雙支撐結(jié)構(gòu)，葉輪葉片采用徑向型葉片，葉片出口角度為90°，在磷銨行業(yè)內(nèi)已有多年成功使用的先例，優(yōu)點是不易結(jié)垢及易清理，但缺點是風機整體效率偏低，能耗較高。云南三環(huán)中化化肥有限公司在磷銨二期裝置中首次嘗試使用德國EVG品牌的懸臂式離心風機，其轉(zhuǎn)子支撐方式采用懸臂式結(jié)構(gòu)，葉輪葉片采用EVG公司獨特設(shè)計的末端不帶彎曲半徑的后彎式葉片，風機效率得到提高，但由于是在磷銨工況中首次應(yīng)用，設(shè)計、制造方面某些問題考慮不周，使用后發(fā)生了殼體變形以及劇烈振動等問題，導(dǎo)致整套磷銨生產(chǎn)裝置無法正常生產(chǎn)運行，需盡快查找確認原因并排除解決故障。

尾氣風機設(shè)計參數(shù)：

位號：K53201/K53202

額定流量：200000 m3/h

額定全壓：8544 KPa

轉(zhuǎn)速：990 r/min

電機功率：630 KW

葉輪外徑：2570 mm

（1）殼體變形問題

風機投入運行后短期內(nèi)即出現(xiàn)振動異常，停車檢查后，發(fā)現(xiàn)兩臺風機的殼體和進風口端蓋板均已變形，進風口朝著葉輪方向軸向移動了一段距離，導(dǎo)致進風口與葉輪摩擦碰撞，即使在風機停止運行后，部分變形也無法再復(fù)原。

（2）振動問題

振動問題的發(fā)生及原因分析經(jīng)歷了兩個階段。第一階段是在風機殼體變形后，葉輪與殼體磨損導(dǎo)致葉輪發(fā)生一定程度的變形，當時引起振動的主要原因是葉輪與殼體碰撞；第二階段是在殼體變形問題已經(jīng)解決后，振動值仍持續(xù)上升并嚴重超出設(shè)計要求，經(jīng)過反復(fù)多次校正葉輪動平衡仍無法解決。在風門開度為60%的情況下，平均運行5～7天后，振動最嚴重的K53202風機負荷端軸承處水平方向振動值達到16.2 mm/s，并且仍有上升的趨勢。K53201風機以及其余各測量點的振動值也不同程度超出2mm/s的設(shè)計值，振動同樣表現(xiàn)出持續(xù)惡化上升的趨勢。

1 故障分析及排除

1.1 殼體變形問題

1.1.1 殼體變形的原因分析

經(jīng)測量，風機殼體的鋼板厚度僅為4mm，技術(shù)人員判斷引起變形是殼體的設(shè)計剛度不足。由于殼體前蓋板不銹鋼板厚度過薄，而風機在進風口處的負壓值較大，導(dǎo)致殼體鋼板沿軸向塑性變形，吸風口與葉輪直接摩擦。

1.1.2 殼體變形的解決方案

首先對變形的殼體和吸風口進行校正修復(fù)，然后在風機殼體外部增加了加強筋板，在每臺風機殼體內(nèi)部增加6根不銹鋼管進行加固，按圓周方向均布進行支撐，增加殼體的剛度。

1.1.3 殼體剛度改造效果

經(jīng)過采取以上措施后，風機的殼體在后期未再繼續(xù)變形，剛度問題解決，但殼體和吸風口的局部已無法徹底校正修復(fù)至最初的尺寸，對安裝精度有一定的影響，需進行適當?shù)恼{(diào)整才能保證風機平穩(wěn)運行。

1.2 振動問題

1.2.1 振動原因分析

可能引起風機振動的原因很多，既有可能是安裝質(zhì)量問題引起，也有可能是設(shè)計或制造缺陷引起，甚至可能是幾種問題共同作用導(dǎo)致了振動。經(jīng)過技術(shù)人員分析，決定首先檢查、排除安裝質(zhì)量問題，然后再查找制造和設(shè)計的原因，因為制造和缺陷原因查找難度大，而安裝質(zhì)量問題比較直觀，有原始的安裝記錄數(shù)據(jù)可查詢，在現(xiàn)場檢查相對簡單易行，適合優(yōu)先檢查并排除。

技術(shù)人員在對安裝質(zhì)量進行檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)K53201風機的軸套沒有安裝到位，與設(shè)計要求的安裝位置尺寸相差約200mm；發(fā)現(xiàn)K53202風機軸承安裝方向與設(shè)計要求相反。其余安裝指標經(jīng)檢查均符合規(guī)范及廠家技術(shù)要求。在對安裝問題進行了糾正以后，振動問題依然沒有明顯改善，可以推斷安裝質(zhì)量問題不是振動的主要原因。

在排除了安裝原因之后，技術(shù)人員懷疑是葉輪設(shè)計剛度不足導(dǎo)致振動，但經(jīng)過廠家技術(shù)人員在停機后反復(fù)多次檢查各項外形尺寸及指標，排除了剛度不足引起變形的可能。并且在重新進行動平衡之后，振動問題仍未能改善?？梢耘袛嗳~輪剛度不是導(dǎo)致振動的主要原因，對葉輪重新動平衡也無法解決問題。

最后經(jīng)過廠家技術(shù)人員確認，葉輪在結(jié)構(gòu)設(shè)計時為了減輕重量而將內(nèi)部設(shè)計為空心結(jié)構(gòu)，葉輪是由不銹鋼板制造加工而成，出廠前的質(zhì)量檢驗工序未要求進行無損檢測。鑒于此，技術(shù)人員最終判斷，可能是由于葉輪的鋼板原料表面及焊縫存在肉眼不可見的微小裂紋，水汽從鋼板的裂紋滲透進入了葉輪內(nèi)，冷凝后在葉輪內(nèi)部空間成為液態(tài)水，引起葉輪動平衡失常。

1.2.2 水汽滲透的解決方案

參照廠家提供的葉輪零件圖，用工具分別在葉輪前、后盤空心部位兩側(cè)穿透直徑?10mm的孔洞，從一側(cè)孔洞向葉輪內(nèi)充入壓縮空氣，利用壓力將葉輪內(nèi)部的積水從另一側(cè)較低位置的孔洞排出，并吹干葉輪內(nèi)部的水汽，最后補焊修復(fù)孔洞。

1.2.3 水汽滲透問題改良效果

在實施以上步驟后，發(fā)現(xiàn)每臺風機葉輪內(nèi)部果然存在不同程度的積水，其中K53201風機葉輪中排出積水約250g，K53202風機葉輪中排出積水約1000g，證明水汽確實已經(jīng)滲透進入葉輪內(nèi)部，導(dǎo)致動平衡失常。經(jīng)過對葉輪表面進行無損檢測，發(fā)現(xiàn)K53202風機葉輪存在91處微小裂紋，K53201風機葉輪存在19處微小裂紋。因為K53202風機的葉輪表面裂紋多于K53201風機，所以滲透進入葉輪內(nèi)積水比K53201風機數(shù)量多，振動比K53201風機嚴重，并且振動情況會隨著葉輪內(nèi)部積水量的增加而持續(xù)惡化。通過對發(fā)現(xiàn)的裂紋逐一打磨、補焊修復(fù)、無損檢測復(fù)查，徹底解決了水汽滲入葉輪的問題，風機振動問題大幅改善。

2 葉輪優(yōu)化改造

2.1 葉輪改造的原因

雖然解決了水汽滲透的問題，風機的振動情況得到改善，但經(jīng)過殼體變形和以上多次修理后，風機的安裝精度已無法達到設(shè)計要求和出廠時的水平。風機的平均振動值仍高于設(shè)計要求值2mm/s，并且只能連續(xù)平穩(wěn)運行7天左右，不能滿足裝置對連續(xù)生產(chǎn)周期的要求。

安裝精度無法保證的原因在于之前殼體發(fā)生變形后，殼體和進風口尺寸無法徹底復(fù)原，葉輪與吸風口之間的相對位置和尺寸發(fā)生了改變。按照規(guī)范和廠家的安裝質(zhì)量要求，風機葉輪端口軸向延伸至進風口間的距離應(yīng)等于15mm，進風口與葉輪之間的徑向間隙應(yīng)等于4～5mm。安裝驗收時以上指標均符合要求，但在殼體校正、加固后對葉輪進行徑向跳動值和端口偏擺值進行復(fù)查檢測時，發(fā)現(xiàn)葉輪外緣徑向跳動最大值與最小值的差值為3.2mm，葉輪端口偏擺值最大值與最小值的差為5.41mm，已無法保證達到設(shè)計要求安裝精度，必須進行適當?shù)母脑臁?/p>

2.2 葉輪改造方案

在風機的實際應(yīng)用中，當設(shè)計工況與實際工況不匹配或工況發(fā)生變化時，通常采用的調(diào)節(jié)方法有：調(diào)整葉片角度、使用可動葉片、增加變頻器、改變?nèi)~片的長度等。其中調(diào)整葉片角度、使用可動葉片的實施較復(fù)雜，配置變頻器則成本增高。因此，綜合考慮后最終選擇切割葉輪方式對風機進行改造。通過切割葉片可以降低流量、壓力和功率，有效改善風機的運行狀況。但在切割葉輪的實際應(yīng)用中，切割的計算結(jié)果與性能的實際變化之間往往存在一定偏差，對于多數(shù)風機用戶，精確計算切割量對性能的影響是很難實現(xiàn)的，主要還是依據(jù)經(jīng)驗選擇切割量，當切割量越大時，誤差會相應(yīng)增大。因此為了保證風機的必要效率，葉片的切割量必須適當并且限制在一定范圍內(nèi)。經(jīng)過估算，最終選擇將風機葉輪外徑總尺寸切割減小200mm，切割量約為風機葉輪直徑的8%，切割后葉輪外徑減小至2370mm，引起的葉片出口安裝角變化不大，對風機整體效率的負面影響有限。為了保證切割后的精度，由專業(yè)的風機制造企業(yè)對葉輪實施切割改造，并在切割后對葉輪重新進行動平衡處理。

2.3 葉輪改造效果

改造后的風機可以連續(xù)穩(wěn)定運行10～14天，振動值仍保持在設(shè)計要求的控制范圍以內(nèi)，完全符合磷銨裝置的生產(chǎn)周期要求。改造后風量、壓力等指標雖略有下降，但仍可滿足磷銨裝置生產(chǎn)的工藝要求?？傮w來看，葉輪改造達到了預(yù)期的目標。

3 結(jié)語

選用EVG懸臂式離心風機作為磷銨裝置尾氣風機是一次嶄新的技術(shù)嘗試。由于EVG風機設(shè)計結(jié)構(gòu)為后彎式葉片，其風機效率優(yōu)于行業(yè)中普遍使用的Robinson風機，同等工況下所需電機功率可降低70KW，能耗情況大大改善。雖然在使用初期故障問題較多，但經(jīng)過技術(shù)人員的努力，解決了殼體剛度不足及風機振動等問題，并通過改造將其最終成功應(yīng)用于磷銨工況。改造的結(jié)果證明，EVG懸臂式離心風機同樣能適用于磷銨行業(yè)工況，并且效率和能耗更佳，但前提是設(shè)計和制造時應(yīng)針對磷銨工況特點選擇適宜的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量控制措施。由于磷銨尾氣中包含水汽等雜質(zhì)，尾氣風機的葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)優(yōu)先考慮選用實心結(jié)構(gòu)；如果葉輪設(shè)計為內(nèi)部空心的結(jié)構(gòu)，則出廠前必須對葉輪進行無損檢測，對葉輪表面裂紋妥善處理，避免水汽滲透進入內(nèi)部。在設(shè)計工況與實際不符或工況發(fā)生變化時，可以通過調(diào)節(jié)或改造方式使其達到穩(wěn)定的運行狀態(tài)。本案例對于磷銨行業(yè)尾氣風機的選型、故障排除和技術(shù)改造具有一定的借鑒和參考意義。