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      乙烯裂解急冷油過(guò)濾器機(jī)械密封失效原因分析

      2020-07-25 15:02:14顧建軍寧波鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司北侖分公司浙江寧波315200
      化工管理 2020年20期
      關(guān)鍵詞:壓蓋過(guò)濾器徑向

      顧建軍(寧波鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司北侖分公司,浙江 寧波 315200)

      0 引言

      某煉廠乙烯裂解急冷油過(guò)濾器(電動(dòng)刮刷),位號(hào):FD-155A、B、C,北京華昌豐設(shè)計(jì)公司組裝,是乙烯列解裝置的重要設(shè)備之一,但該設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械密封使用壽命短,兩年內(nèi)已更換機(jī)械密封7 套,平均壽命90 天,密封失效都是因?yàn)殪o環(huán)碎或裂引起的。

      1 設(shè)備簡(jiǎn)介

      1.1 設(shè)備參數(shù)

      急冷油旋液過(guò)濾器參數(shù)參見(jiàn)表1。

      表1 急冷油旋液過(guò)濾器及設(shè)備參數(shù)

      1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

      圖1 急冷油過(guò)濾器裝配圖

      如圖1 所示,該設(shè)備由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī),通過(guò)二級(jí)直聯(lián)行星減速機(jī)將1450RPM 輸入轉(zhuǎn)速減到5RPM,再通過(guò)拔叉帶動(dòng)刮刷轉(zhuǎn)動(dòng)。該設(shè)備是作為過(guò)濾器使用,急冷油塔底物料從N1 進(jìn)入,潔凈的急冷油通過(guò)濾筒從N2 流出,焦粉附著在濾筒上,電動(dòng)刮刷將濾筒上焦粉刮下,由于重力的作用焦粉向容器底部沉降,定期將焦粉從N11 口清除。

      2 故障現(xiàn)象及原因分析

      2.1 故障現(xiàn)象

      該設(shè)備運(yùn)行周期短,且主要的原因是機(jī)械密封壽命短,每次檢查拆出后的機(jī)械密封,都是同樣的故障現(xiàn)象,靜環(huán)碎裂,如圖2 所示。

      圖2 故障損壞的機(jī)械密封

      2.2 原因分析

      為了找到機(jī)械密封密封靜環(huán)碎的真實(shí)原因,我們從機(jī)械密封的本身、轉(zhuǎn)子、軸承箱等方面分析,發(fā)現(xiàn)軸承箱設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的缺陷,具體分析如下:

      (1)該軸承箱結(jié)構(gòu)只能對(duì)轉(zhuǎn)子向下方向進(jìn)行限位。

      (2)徑向軸承承受全部的軸向力。從圖3 分析可知,如轉(zhuǎn)子軸向力向下,設(shè)計(jì)沒(méi)有缺陷;如軸向力下上,軸承的裝配設(shè)計(jì)存在重大缺陷,止推軸承將軸向力傳遞給調(diào)整墊,調(diào)整墊將軸向力傳遞給徑向軸承內(nèi)圈,再通過(guò)徑向軸承滾子傳遞給外圈,所有的軸向力都作用在徑向軸承上,推力軸承就失去力存在的意義。

      圖3 改造前軸承箱示意圖

      (3)雖然該軸承箱結(jié)構(gòu)也能承受向上的軸向力,但無(wú)法對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行向上方向的限位,即在實(shí)際工作中受到向上的軸向力作用,則無(wú)法限制轉(zhuǎn)子向上與軸承內(nèi)圈之間產(chǎn)生滑移。

      (4)設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中,產(chǎn)生向上的軸向力(根據(jù)設(shè)備的工作壓力在1-1.23MPa 之間),計(jì)算過(guò)程如下:

      當(dāng)壓力為1MPa 時(shí)

      計(jì)算得出設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生向上的軸向力,大小在6.35~7.82KN 之間,轉(zhuǎn)子的自重50kg,可以忽略不計(jì)。

      正因?yàn)檗D(zhuǎn)子在實(shí)際工作中是向上運(yùn)動(dòng)的,而廠家在出廠設(shè)計(jì)時(shí)未考慮這一因素,致使轉(zhuǎn)子在向上運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)法對(duì)其進(jìn)行限制,從而使轉(zhuǎn)子在工作時(shí)向上移動(dòng),使機(jī)械密封的壓縮量逐漸增大,直至彈簧壓死,最終導(dǎo)致機(jī)械密封碎裂。

      3 處理措施

      通過(guò)故障原因的分析,我們的改造方向很明確:(1)阻止轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)向上滑移;(2)軸向力都由推力軸承承擔(dān)。

      圖4 改造后軸承箱示意圖

      具體改造方案如圖4,在推力軸承下方增加擋圈,這樣轉(zhuǎn)子就有了向上的定位;增大兩軸承之間調(diào)整墊的直徑,使得轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)下,軸向力傳遞:擋圈傳遞給推力軸承推力軸承傳遞給調(diào)整墊,調(diào)整墊傳遞給徑向軸承外圈,最后作用在軸承箱壓蓋上,徑向軸承沒(méi)有承受軸向力。

      (1)改造后的調(diào)整墊加工圖,如圖5 所示。

      圖5 改造后的調(diào)整墊加工

      (2)擋圈組件的設(shè)計(jì):在軸上開(kāi)一道深5mm,寬5mm 的槽,同時(shí)加工一個(gè)φ85mm×φ95mm×5mm 的環(huán),將環(huán)沿徑向分成二半,鑲嵌入軸上的槽中,然后將分成二半的環(huán)焊接成整體,最后機(jī)加工成圓環(huán)(即人為的在軸上增加一個(gè)定位臺(tái)階)。如圖6 所示。

      圖6 增加軸臺(tái)階加工圖紙

      (3)原軸承壓蓋間隙為2mm,改為0.05~0.10mm 之間。

      4 強(qiáng)度校核

      (1)擋圈強(qiáng)度校核。當(dāng)圈主要承受剪切力

      查得45#的的[τ]鋼許用抗剪強(qiáng)度為178MPa,得τMax<[τ]即,符合強(qiáng)度要求。

      (2)軸承箱壓蓋螺栓的強(qiáng)度校核。

      壓蓋螺栓為M12,共6 顆。

      以螺栓承受最大的拉伸載荷進(jìn)行計(jì)算,

      因?yàn)椋间撛贛10-M16 之間的靜載荷安全系數(shù)為5-4,以5 進(jìn)行校何:壓蓋螺栓材料為45#鋼,其抗拉許用應(yīng)力為[σ]為600MPa。

      所以,壓蓋螺栓可以承受設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的軸向力。

      5 結(jié)語(yǔ)

      該設(shè)備本身并沒(méi)有缺陷,但是放到我們這個(gè)特定的工作環(huán)境中就存在很大的問(wèn)題。首先作為電動(dòng)刮刷的傳動(dòng)軸,設(shè)計(jì)時(shí)根本就不會(huì)考慮運(yùn)行時(shí)會(huì)有向上的軸向力存在,所以在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)子向上的限位。同時(shí),導(dǎo)致徑向軸承承擔(dān)了所有的軸向力,降低了軸承的使用壽命。通過(guò)改造,設(shè)備缺陷已經(jīng)完全消除,保證設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

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