裂解爐引風機用軸承故障原因分析

薄建民 白 婧

（1.惠生工程（中國）有限公司北京分公司；2.北京石油化工學院機械工程學院）

引風機（ID FAN）是乙烯裂解爐的關鍵動設備，其作用是提供長時間、穩定的抽力，以維持乙烯裂解爐爐膛負壓穩定、 保障燃料的正常燃燒。引風機一旦出現故障不僅會導致裂解爐爐膛負壓聯鎖跳車、燃料氣及物料突然中斷等，甚至還可能因堆積的大量熱量無法排出爐膛而導致爐內金屬件、爐襯等部件損毀。 物料中斷還可能會導致爐管中不流動的物料結焦、堵塞爐管，造成極大的經濟損失。

造成風機事故的原因一般為風機電機系統故障和風機系統故障。 風機系統故障常為風機主軸振動、主軸軸承超溫失效等。

1 問題的提出

某廠乙烯裝置EF-111H 裂解爐引風機在某日 （環境溫度為-6℃左右） 風機軸承突然極速升溫，在中心控制室操作畫面中發現風機軸承發生溫度大幅波動，18:44 風機軸承溫度驟升到69.9℃，18:46 風機軸承溫度再次驟升到106.0℃。此時不得不采取果斷措施， 使裂解爐緊急停車，后來拆開軸承座后發現軸承已損毀，因發現及時且處理得當，風機主軸未被完全破壞，情況如圖1所示。

圖1 裂解爐風機軸承損毀拆解情況

按照風機軸承使用說明：軸承溫升不得高于40℃， 軸承表溫不超過70℃。 事故軸承溫升為112℃，軸承表溫106℃。 初步判斷是軸承的潤滑和安裝出了問題。

2 問題分析

2.1 風機原始設計情況

風機原始設計采用雙進氣、 離心式風機，風機轉速1 490r/min。如圖2 所示，風機側采用滾動軸承支撐，滾動軸承為進口瑞典SKF 軸承。 電機側止推端軸承為22224CC/W33 雙列球面滾子軸承，支撐端軸承選用C3224/C3 型carb 軸承。軸承采用脂潤滑，潤滑脂使用溫度-40～150℃，潤滑脂牌號為SKF 型號LGHQ3（復合鋰基脂）。 組裝后進行機械運轉試驗， 軸承溫升穩定后運轉20min軸承溫升不大于40℃，軸承箱振動速度有效值為4mm/s。

圖2 風機裝配圖

2.2 軸承的潤滑問題

滾動軸承常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩種，此外也有使用固體潤滑劑的。 潤滑油通常使用礦物油，其潤滑性能優于潤滑脂，特別是在高速、高溫的情況下。 潤滑脂比潤滑油粘稠，適用于低速、 軸徑圓周速度不大于 4～5m/s 的場合［1］。然而，EF-111H 裂解爐引風機軸徑的圓周速度v=9.44m/s。

風機的設計、制造和檢驗應按《EF-111H 裂解爐改造引風機技術條件附件》 中要求的API 560［2］等有關標準執行。 API 560 第 11.12.1 中規定：“Unless otherwise specified，bearing and bearing housings shall be arranged for hydrocarbon oil lubrication in accordance with the bearing mannfacture’s recommendation.Grease packed anti-friction bearing shall not be provided without purchaser’s approval.”意思是，除非買方另有規定外，軸承和軸承箱應按軸承制造商的推薦，配置烴類潤滑油潤滑。 未經買方同意，不得使用油脂潤滑的滾動軸承。

潤滑脂的充填量規定為： 當風機轉速η＜1500r/min 時，充填量為軸承腔空間的 2/3；當η＞1500r/min 時，充填量為軸承腔空間的 1/3～1/2。EF-111H 裂解爐引風機η=1490r/min，幾乎就位于分界點上，所以如果充填量取軸承腔空間的1/2，則潤滑脂重量約為650g；如果充填量取軸承腔空間的2/3，則其重量約為858g，然而現場實際填充量為1 000g，超出142g。可見，潤滑劑并非越多越好，過多的油脂反而阻礙了軸承散熱。

2.3 風機側安裝軸承時冷態膨脹量預留不足

從圖2 中可以確認風機主軸的冷態位置，事故后軸承內環已超出其外環約10mm 以上（冷態時應縮入外環內）。 可以推斷出：操作時熱態情況下，主軸位移量已大于16mm。 問題應該出在軸承安裝時冷態膨脹量預留不足上，外環應超出內環約10mm 左右， 確切值應以軸承說明書為準。 即當軸承安裝到主軸上之后，應將軸承外環向遠離電機側拉出約10mm 左右，保持這種狀態，再將這種狀態的轉子小心裝入軸承座。 正常操作時，受熱的主軸會推動內環回到正常位置。 從圖2 可以看出，主軸熱膨脹已受阻礙，這會導致兩個軸承同時受到主軸的推力，在推力的作用下因過度摩擦發熱而導致軸承損毀。

3 結束語

引風機發生故障后，停車更換軸承和裂解爐期間造成的費用、損失包括：將整臺重達15t 的引風機從爐頂平臺拆除后用吊車吊到地面，更換新軸承后吊回恢復原位，再做軸動平衡、振動等調試，全部費用約15 萬元。 另外，裂解爐停車5 天來完成上述工作，乙烯年產量按12 萬噸計算，則操作8 000h 折算損失約為0.18 萬噸。 而故障原因僅僅是因為風機軸承的潤滑不當和安裝不規范。

風機軸承超溫是引風機常見、多發故障。 根據對故障數據的具體分析， 通過對軸承的設計、選型、潤滑方式和操作維護的研究，為保證設備的長周期穩定運行，避免發生同類事故，應注意以下3 點：

a.軸承潤滑介質應選用稀油潤滑；

b.軸承潤滑介質注入量應嚴格按供貨商推薦的數量；

c.冷態安裝軸承時應嚴格按照軸的實際工作環境等預留出足夠的熱膨脹量。