锅炉烟气再循环风机轴承故障诊断分析

李 磊，成 果，马海余

（1.兰州石化公司研究院，甘肃兰州 730060；2.兰州石化公司化工储运中心，甘肃兰州 730060；3.兰州石化分公司机电仪运维中心，甘肃兰州 730060）

0 引言

能源作为社会发展的动力源泉，同时也是社会经济增长的物质基础。我国在能源战略中长期发展的规划中，能源电气化是主要方向，并且可以有效推动社会经济转向绿色发展[1]。余热回收可以做到有效提高能源利用效率，锅炉烟气再循环系统可以对余热进行回收利用。

1 监测简介

2023 年1 月，公用工程一部动力与水处理区域出现振动异常信号，排查发现故障来源为1#锅炉装置烟气再循环风机系统，现场生产要求锅炉持续运行，无法满足长时间停止运行的需求，当停机过久时，可能导致不满足生产需要，并为生产现场带来很大的困难与隐患[2]。在发现异常情况后，现场迅速通知相关人员，相关的监测人员对监测数据进行及时且详细的分析，及时发现故障来源，并进行排查。

1.1 循环风机测点布置

循环风机包括轴承座、风机、电机等（图1），没有布置固定测点，监测人员在采集数据时，针对风机两个轴承座的水平（H）、垂直（V）、轴向（A）共6 个位置进行采集数据，图1 中1 测点为驱动端轴承座；2 测点为风机叶轮侧轴承座。

图1 风机测点

1.2 风机主要参数

该设备型号为XOEI53-63，介质为烟气，温度250 ℃，压力651 Pa，风量3364.8 m3/h，设备转速2970 r/min，功率90 kW，宁波伯克杰特工业风机有限公司生产，轴承型号为滚动轴承SKF2218K，D=200 mm，d=110 mm，n=18，N=970/60 r/min=49.5 r/min（D：外环直径，d：内环直径，n：滚动体数目，N：转速频率）[3]。

1.3 监测数据

根据各测点的振动监测数据，对驱动端（1V、1H、1A）及叶轮端（2V、2H、2A）轴承座数据进行了频谱分析。检修前各测点振动值见表1。

表1 检修前各测点振动值

频谱图、波形图及peakvue 频谱如图2 所示。

图2 驱动端2H、2V 方向速度、Peakvue 频谱

2 故障分析

该风机为环保设备，须各部门沟通后处理，暂时进行监测特护运行。1 月11 日至15 日特护监测运行数据无波动，1 月16 日再次补充润滑脂后数据（泵驱动端：水平1.9、垂直4.2、轴承冲击24.9 g′s，泵自由端：水平1.8、垂直2.8、轴承冲击6.4 g′s）均有明显好转。

从现场技术员了解到该轴承为滚动轴承，查询轴承故障相关特征频率经验公式[3]，将现场实际设备参数代入相关经验公式，得出故障频率，SKF2218K 轴承相关部位的结果如下：①滚动体故障频率：BSF≌N（0.5-1.2/n）=21.78 Hz；②保持架故障频率：FIT≌N（0.2n-1.2/n）=195.03 Hz；③内环故障频率：BPFI≌N（0.5n+1.2）=554.4 Hz；④外环故障频率：BPFO≌N（0.5n-1.2）=435.6 Hz。

结合振动数据及图谱分析，400 Hz 故障频率与轴承外环故障特征频率435.6 Hz 相吻合，故判断驱动端轴承外圈和滚动体存在点蚀、保持架出现故障。建议立即停机检修，1 月18 日停机检修。更换2218K 轴承1 套，加注防水耐高温润滑脂回装并试车。400 Hz 外圈故障频率消失，PK+值恢复正常范围，与故障判断分析基本一致。

诊断结论如下：①轴承的整体结构分析结果表明，故障点可能存在于轴承的外环；②经过专家的诊断分析，建议该机组进行停车，并整体检修，在检修期间，需注意对轴承、叶轮等部分的检修；③现场工况复杂，并且因为需要连续性生产，压缩机组暂无法进行停车检修操作，为应对这种情况，需向该轴承内部空间强压入过量润滑脂，与此同时，需进一步加强对该机组的状态监测，例如监测轴承温度，一旦温度出现较大波动则需要立即停车，以防止故障的发生，如抱轴的现象[4]。

3 现场验证

3.1 拆机检查

2023 年1 月18 日，经过检修人员拆检，发现如下问题：①轴承2218K 外圈损坏明显，坑槽可能是异物导致（但未发现，保持架未发现缺陷）（图3a））；②滚动体划痕与外圈坑槽有关（图3b））；③更换2218K 轴承1 套，加注防水耐高温润滑脂回装并试车。400 Hz 外圈故障频率消失，PK+值恢复正常范围，与故障判断分析基本一致。

图3 2218K 轴承故障

3.2 试车运行评价

检修后试车各测点振动值见表2，检修后轴承驱动端频谱如图4 所示。

表2 检修后试车各测点振动值

图4 更换轴承后驱动端2H、2V 方向速度频谱

3.3 监测总结

各测点数据均在标准范围，轴承部件故障频率的准确性是导致判断准确率的唯一标准，加强故障频率计算分析能力，轴承安装过程避免异物进入轴承盒内，杜绝此类故障发生。更换轴承后，送风机在驱动端轴承的振动值降至2.13 mm/s 以下，说明现场设备运行情况良好。故障特征频率情况显示，设备不存在轴承外环故障特征频率，说明维持该状态保持轴承健康运行。

4 故障总结

现场设备出现振动异常信号后，经过排查，发现故障来源为1#锅炉装置烟气再循环风机系统，对现场情况进行诊断分析，结果表明产生故障的主要原因是润滑脂被严重污染，同时轴承间隙过大，最终造成轴承失效。被污染的润滑脂导致滚动体表面与滚道产生点痕，轴承间隙过大使轴承内环滚道表面存在划痕，导致轴承的振动参数出现较大波动，最终导致轴承磨损失效[5]。

对该故障进行诊断分析后，总结现场维修处理经验如下：今后在现场维修、维护中，要确保新轴承的安装操作符合相关标准，并注意轴承锁紧，保证螺母到位；在加注润滑脂方面，需要确保加注器的干净，保证润滑油油质不受到外界污染等事项；设备故障发生后，要及时进行排查，并对数据进行整理分析，找到相关故障发生原因、总结经验，避免类似的情况再次发生。