磷銨裝置新型尾氣風機故障排除及改造

周楠（云南三環中化化肥有限公司生產制造中心，云南 昆明 650113）

磷銨裝置新型尾氣風機故障排除及改造

周楠（云南三環中化化肥有限公司生產制造中心，云南 昆明 650113）

云南三環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，但運行初期發生了殼體變形、劇烈振動等嚴重問題。通過檢查發現，殼體剛度不足是導致殼體變形的原因，水汽滲透進入葉輪內部引起動平衡失常是導致振動的主要原因。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鍵設備，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，葉輪容易結垢，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，其轉子支撐方式采用雙支撐結構，葉輪葉片采用徑向型葉片，葉片出口角度為90°，在磷銨行業內已有多年成功使用的先例，優點是不易結垢及易清理，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，其轉子支撐方式采用懸臂式結構，葉輪葉片采用EVG公司獨特設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用，設計、制造方面某些問題考慮不周，使用后發生了殼體變形以及劇烈振動等問題，導致整套磷銨生產裝置無法正常生產運行，需盡快查找確認原因并排除解決故障。

尾氣風機設計參數：

位號：K53201/K53202

額定流量：200000 m3/h

額定全壓：8544 KPa

轉速：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即出現振動異常，停車檢查后，發現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原。

（2）振動問題

振動問題的發生及原因分析經歷了兩個階段。第一階段是在風機殼體變形后，葉輪與殼體磨損導致葉輪發生一定程度的變形，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解決后，振動值仍持續上升并嚴重超出設計要求，經過反復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的設計值，振動同樣表現出持續惡化上升的趨勢。

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

經測量，風機殼體的鋼板厚度僅為4mm，技術人員判斷引起變形是殼體的設計剛度不足。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，然后在風機殼體外部增加了加強筋板，在每臺風機殼體內部增加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

經過采取以上措施后，風機的殼體在后期未再繼續變形，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至最初的尺寸，對安裝精度有一定的影響，需進行適當的調整才能保證風機平穩運行。

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，既有可能是安裝質量問題引起，也有可能是設計或制造缺陷引起，甚至可能是幾種問題共同作用導致了振動。經過技術人員分析，決定首先檢查、排除安裝質量問題，然后再查找制造和設計的原因，因為制造和缺陷原因查找難度大，而安裝質量問題比較直觀，有原始的安裝記錄數據可查詢，在現場檢查相對簡單易行，適合優先檢查并排除。

技術人員在對安裝質量進行檢查的過程中，發現K53201風機的軸套沒有安裝到位，與設計要求的安裝位置尺寸相差約200mm；發現K53202風機軸承安裝方向與設計要求相反。其余安裝指標經檢查均符合規范及廠家技術要求。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，可以推斷安裝質量問題不是振動的主要原因。

在排除了安裝原因之后，技術人員懷疑是葉輪設計剛度不足導致振動，但經過廠家技術人員在停機后反復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。

最后經過廠家技術人員確認，葉輪在結構設計時為了減輕重量而將內部設計為空心結構，葉輪是由不銹鋼板制造加工而成，出廠前的質量檢驗工序未要求進行無損檢測。鑒于此，技術人員最終判斷，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，冷凝后在葉輪內部空間成為液態水，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、后盤空心部位兩側穿透直徑?10mm的孔洞，從一側孔洞向葉輪內充入壓縮空氣，利用壓力將葉輪內部的積水從另一側較低位置的孔洞排出，并吹干葉輪內部的水汽，最后補焊修復孔洞。

1.2.3 水汽滲透問題改良效果

在實施以上步驟后，發現每臺風機葉輪內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，證明水汽確實已經滲透進入葉輪內部，導致動平衡失常。經過對葉輪表面進行無損檢測，發現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積水比K53201風機數量多，振動比K53201風機嚴重，并且振動情況會隨著葉輪內部積水量的增加而持續惡化。通過對發現的裂紋逐一打磨、補焊修復、無損檢測復查，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計要求和出廠時的水平。風機的平均振動值仍高于設計要求值2mm/s，并且只能連續平穩運行7天左右，不能滿足裝置對連續生產周期的要求。

安裝精度無法保證的原因在于之前殼體發生變形后，殼體和進風口尺寸無法徹底復原，葉輪與吸風口之間的相對位置和尺寸發生了改變。按照規范和廠家的安裝質量要求，風機葉輪端口軸向延伸至進風口間的距離應等于15mm，進風口與葉輪之間的徑向間隙應等于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查檢測時，發現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，已無法保證達到設計要求安裝精度，必須進行適當的改造。

2.2 葉輪改造方案

在風機的實際應用中，當設計工況與實際工況不匹配或工況發生變化時，通常采用的調節方法有：調整葉片角度、使用可動葉片、增加變頻器、改變葉片的長度等。其中調整葉片角度、使用可動葉片的實施較復雜，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用中，切割的計算結果與性能的實際變化之間往往存在一定偏差，對于多數風機用戶，精確計算切割量對性能的影響是很難實現的，主要還是依據經驗選擇切割量，當切割量越大時，誤差會相應增大。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。經過估算，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，由專業的風機制造企業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穩定運行10～14天，振動值仍保持在設計要求的控制范圍以內，完全符合磷銨裝置的生產周期要求。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的工藝要求?？傮w來看，葉輪改造達到了預期的目標。

3 結語

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嘗試。由于EVG風機設計結構為后彎式葉片，其風機效率優于行業中普遍使用的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，但經過技術人員的努力，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用于磷銨工況。改造的結果證明，EVG懸臂式離心風機同樣能適用于磷銨行業工況，并且效率和能耗更佳，但前提是設計和制造時應針對磷銨工況特點選擇適宜的結構和質量控制措施。由于磷銨尾氣中包含水汽等雜質，尾氣風機的葉輪結構設計應優先考慮選用實心結構；如果葉輪設計為內部空心的結構，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部。在設計工況與實際不符或工況發生變化時，可以通過調節或改造方式使其達到穩定的運行狀態。本案例對于磷銨行業尾氣風機的選型、故障排除和技術改造具有一定的借鑒和參考意義。