蒸汽管式干燥机推力轴承频繁损坏原因分析及处理

李 杰

(呼伦贝尔金新化工有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021506)

0 引 言

呼伦贝尔金新化工有限公司(简称金新化工)500 kt/a合成氨、800 kt/a尿素项目气化装置采用壳牌下行激冷流程粉煤加压气化工艺(1台Shell气化炉)，原料煤采用本地褐煤，其中，预干燥系统是Shell气化装置重要的配套系统之一，设置A、B两条生产线(互为备用)，预干燥系统的核心设备为北京电力设备总厂有限公司生产的ZGG5×8(A)型蒸汽管式干燥机(E2001A/B，一开一备)，原料煤走干燥机管程，低压过热蒸汽走壳程。蒸汽管式干燥机的主要作用是将原料煤含水量由30%以上干燥至10%～15%，为磨煤干燥系统提供合格物料。蒸汽管式干燥机自2016年6月安装投运以来，一段时间内频繁出现推力轴承损坏的情况，推力轴承安装处主轴轴颈同步伴有不同程度的损伤，严重制约Shell气化装置的安、稳、长、满、优运行。为此，基于蒸汽管式干燥机的工作原理及实际运行情况，从结构设计、润滑及安装等方面入手，对其推力轴承频繁损坏的原因进行分析，后采取有针对性的、实用的处理措施，彻底解决了问题。以下对有关情况作一介绍。

1 蒸汽管式干燥机工作原理及设备简况

1.1 蒸汽管式干燥机工作原理

蒸汽管式干燥机是一种回转鼓形设备，通过蒸汽管式干燥机的布料器，将一定粒度(粒度≤15 mm)的原料褐煤均匀分布到旋转滚筒内部的众多干燥管中干燥后排出，干燥所需热能由低压蒸汽管网来的减温减压至0.35 MPa、180 ℃的蒸汽提供，蒸汽管式干燥机内吸收了水分的空气在袋式过滤器内与干煤粉分离后排入大气。

1.2 蒸汽管式干燥机设备简况

蒸汽管式干燥机型号为ZGG5×8(A)，额定出力51.69 t/h、最大设计出力56.87 t/h(出力均按褐煤水分由33.5%干燥至15%计)，蒸汽流量25 t/h，干燥机机体转速4～10 r/min，驱动电机功率55 kW。蒸汽管式干燥机主要由机体、进料装置、辅助进料装置、出料斗、进汽管路、出汽管路、进料端轴承箱、出料端轴承箱、传动装置、稀油润滑站等部分组成。机体是蒸汽管式干燥机的主体，属热交换部分，由两端管板、中心轴、壳体、换热管、螺旋带组成，其中，管板、中心轴、壳体三者采用焊接方式焊成一体，换热管与管板采用胀焊结合方式进行固定，螺旋带靠螺旋片挡环固定在换热管内；机体中有366根φ102 mm、1 212根φ108 mm的干燥管(壁厚4 mm)，合计1 578根干燥管。

蒸汽管式干燥机安装于标高39 m的Shell气化装置框架六楼，其筒体外径为5.35 m，机体长度为8 m，机体净重约170 t，设备整体倾斜角度为12°，机体进料端设置有大齿圈，驱动机构采用变频电机通过减速机(MC2RLSF04型SEW减速机)带动小齿轮转动，小齿轮带动机体大齿圈，以实现整个蒸汽管式干燥机的转动，配套电机与减速机以及减速机与小齿轮间均采用弹性柱销齿式联轴器。

蒸汽管式干燥机主机进料端和出料端径向主轴承采用双列调心滚子轴承，主轴承规格为230/710CA/C4W33(轴承内径710 mm、外径1 030 mm，宽度236 mm，轴承重量约670 kg)，其球面滚子推力轴承型号为29292(轴承内径460 mm、外径620 mm，宽度95 mm，轴承重量81 kg)，布置在出料端径向轴承外端。干燥机出料端轴承座为固定端，进料端为膨胀端，干燥机正常运行时，进料端轴承座可沿轴向向进气侧移动，移动值设计为15 mm。

2 蒸汽管式干燥机推力轴承频繁损坏情况

2018年6月—2019年2月，Shell气化装置2台蒸汽管式干燥机(E2001A/B)接连3次出现推力轴承损坏情况，同时出料端轴承座大端盖内端面(与推力轴承外圈配合处)、径向轴承锁母压盖伴有严重损伤，推力轴承安装处轴颈同步伴有严重磨损。具体情况如下。

2018年6月，E2001A出料端轴承严重损坏，其推力轴承散架，径向轴承锁紧螺母压盖断裂，推力轴承轴颈严重磨损，轴颈局部有凹坑，轴承端盖内端面磨损严重；2018年8月，E2001A再次出现推力轴承损坏，距离上次推力轴承损坏间隔不足2个月，主要表象是出料端轴承箱异响，拆检轴承后发现推力轴承内圈断裂。

2019年2月，E2001B出料端轴承出现与E2001A类似的损坏情况，推力轴承全部散架，径向轴承锁紧螺母压盖断裂，推力轴承轴颈严重磨损，轴颈局部有凹坑，轴承端盖内端面磨损等。

3 推力轴承损坏原因分析

3.1 结构设计方面

分析蒸汽管式干燥机结构，推力轴承(为球面滚子推力轴承，型号29292，外圈可分离)设置在出料端，起到机体定位作用，并承受机体轴向重力；蒸汽管式干燥机机体总重约170 t、总重力(G)约1 700 kN，机体倾斜12°，则重力分解后沿干燥机轴向的轴向力F=G·sin12°=353.449 kN。据设备厂家提供的设计数据，干燥机运行时动载荷为静载荷的2倍，则设备运行时推力轴承承受的轴向力F′=2F=706.898 kN。

29292型推力轴承设计动载荷2 070 kN，干燥机额定出力51.69 t/h、最大出力56.87 t/h，带负荷运行时其动载荷(706.898 kN)远小于轴承设计抗载能力。简言之，推力轴承设计完全可以满足运行需求。

3.2 安装方面

E2001A在不到2个月的时间内出现2次推力轴承受损，第二次损坏的主要现象是推力轴承内圈断裂缺块，究其原因，主要是推力轴承安装处轴颈磨损0.10～0.40 mm不等，E2001A首次受损时，由于检修时间紧迫，仅仅对受损轴颈进行了手工打磨处理，而后直接安装推力轴承；E2001A运行过程中，推力轴承承受了绝大部分的载荷，由于推力轴承内圈与轴颈配合处存在较大间隙，会导致推力轴承出现“跑内圈”的情况，重载情况下推力轴承内圈受力过大，进而出现断裂缺块，造成出料端轴承座处异响。

3.3 润滑方面

蒸汽管式干燥机轴承箱是润滑油站的工作对象。进料端轴承箱内部有1个轴承需要润滑，出料端轴承箱内部有2个轴承需要润滑，并采用孔板控制进油量；其中，出料端径向轴承和推力轴承分别设有单独的供油管线，径向轴承供油管线限流孔板孔径为8 mm，推力轴承供油管线限流孔板孔径为6 mm，其主油路设置有远程压力测点，进入各轴承润滑点的支路无压力测点，且各有1个视镜供现场人员巡检时观测，另外各支路分别设置阀门，以利根据现场情况适时控制进入轴承的油量。

日常拆检情况表明，蒸汽管式干燥机进料端和出料端润滑油管线内易出现油泥，进入各轴承的润滑油管线的观测视镜观察困难，限流孔板堵塞可能引起推力轴承润滑油中断而损坏，导致设备整体沿轴向下窜严重，进而造成径向轴承内圈及外圈压盖出现不同程度磨损或损坏。

另外，蒸汽管式干燥机轴承润滑油牌号为美孚600XP460，其设计工作温度≤45 ℃，当前配置的换热器换热面积较小，仅有7.2 m2，换热效果较差，导致操作弹性小，实际运行中润滑油油温长期保持在50 ℃以上，超过设计温度，而油温升高后润滑油粘度会下降，久而久之，对于低速重载场合势必有不利的影响。

4 处理措施

4.1 优化结构

由于蒸汽管式干燥机推力轴承内/外圈属分离式设计，且外圈与轴承座压盖配合设计有5 mm的间隙，以保证设备在启停和运行期间外圈和内圈实现自调心的功能，由此推力轴承外圈与轴承座压盖接触处不可避免地会有相对摩擦，导致与推力轴承配合处经常有磨损的情况，一旦磨损过大，推力轴承轴向定位受到影响，就会改变推力轴承的受力，在一定程度上缩短轴承的使用寿命。轴承座压盖为铸件，尺寸较大，现场无法修复，于是对轴承座压盖结构予以优化——增加可拆卸耐磨环(厚度20 mm，材质为SS410)，一旦有磨损情况，更换耐磨环即可，可避免直接更换轴承座压盖，节约可观的检修费用。

4.2 优化安装

由于几次推力轴承损坏轴颈处磨损都较为严重，经仔细测量，2台蒸汽管式干燥机推力轴承安装处轴颈磨损量均在0.10～0.40 mm之间，轴颈原始尺寸为(460±0.02)mm，主轴材质为ZG35CrMo。针对干燥机推力轴承安装处轴颈磨损较为严重的问题，为较彻底解决设备存在的隐患，最初制定了3种方案：第一种是激光熔覆+现场光刀；第二种是低温熔覆+刮研仿形打磨(手工打磨)，即选用低温熔覆和电刷镀增材，人工刮研仿形打磨，结合汉高乐泰固持胶安装的方法，以满足使用要求；第三种为现场光刀后安装非标轴承。鉴于出料端轴承座的特殊设计，出料端大端盖拆除后，机体不能随时整体转动，轴颈修复难度较大，而激光熔覆、现场光刀需在盘车情况下进行，因此第一种和第三种方案可行性低，第二种方案也需借助机器现场熔覆，但实际现场空间较小，实施难度大。为确保蒸汽管式干燥机及时修复正常备用，经综合考虑与评估，最终选用第二种方案，即对损坏轴颈处进行人工打磨，而后测量详细的尺寸，确定轴颈的磨损程度，采用油浴加热轴承的方式对轴颈磨损严重部位局部垫不锈钢钢皮的修复方案。

4.3 改善润滑

考虑到蒸汽管式干燥机属于低速重载设备，加上干燥机内部介质温度较高，可在现有基础上将润滑油粘度等级由460提升至680，即润滑油牌号由美孚600XP460改为美孚600XP680，从而可大幅提高设备的抗载能力。

针对干燥机轴承润滑油温度长期超过50 ℃的情况，串联1台换热面积为14 m2的换热器，润滑油系统换热器换热面积由之前的7.2 m2(1台换热器)增大至21.2 m2(2台换热器)，大幅提高润滑油系统的换热效果，增大操作弹性，以满足设备在各种工况下的运行要求。

结合润滑油的取样分析情况，工艺上加强对滤芯的清理，另外，考虑到蒸汽管式干燥机轴承座轴封采用填料密封，加强对润滑油机械杂质的监控，一旦润滑油中机械杂质含量超标，及时敦促进行滤油或更换。

4.4 加强监测手段

鉴于蒸汽管式干燥机在线监测点少面窄的实际情况，继续加强对设备的日常巡检，加强对润滑油压力、润滑油压差、润滑油温度、回油温度、运行电流、机体膨胀等运行参数的监控。并在各轴承进油管线上增设现场压力表(位于支管阀门后、限流孔板前)，监测轴承进油压力，便于现场巡检观测并初步判断轴承的润滑状况。

在蒸汽管式干燥机出料端大端盖外侧主轴台阶处增设位移探头并引入主控DCS操作界面，实时监测机体位移情况，据其变化情况及时安排计划性检修，预防事故发生。

5 结束语

针对蒸汽管式干燥机推力轴承频繁损坏问题，通过分析其结构设计及润滑方面可能存在的问题，并结合现场实际解决轴颈严重磨损后的推力轴承安装难题，金新化工对蒸汽管式干燥机轴承座部分结构予以了优化，同时有效改善设备润滑效果、切实加强设备的实时监测，并通过强化设备的日常计划性检修以及操作过程的优化与规范，使蒸汽管式干燥机推力轴承频繁损坏问题得到彻底解决——自2019年4月完成一系列优化改进后，迄今蒸汽管式干燥机推力轴承连续无故障运行时间已超过4 a，助力了Shell气化装置的长周期稳定运行。