裂解炉引风机用轴承故障原因分析

薄建民 白 婧

（1.惠生工程（中国）有限公司北京分公司；2.北京石油化工学院机械工程学院）

引风机（ID FAN）是乙烯裂解炉的关键动设备，其作用是提供长时间、稳定的抽力，以维持乙烯裂解炉炉膛负压稳定、 保障燃料的正常燃烧。引风机一旦出现故障不仅会导致裂解炉炉膛负压联锁跳车、燃料气及物料突然中断等，甚至还可能因堆积的大量热量无法排出炉膛而导致炉内金属件、炉衬等部件损毁。 物料中断还可能会导致炉管中不流动的物料结焦、堵塞炉管，造成极大的经济损失。

造成风机事故的原因一般为风机电机系统故障和风机系统故障。 风机系统故障常为风机主轴振动、主轴轴承超温失效等。

1 问题的提出

某厂乙烯装置EF-111H 裂解炉引风机在某日 （环境温度为-6℃左右） 风机轴承突然极速升温，在中心控制室操作画面中发现风机轴承发生温度大幅波动，18:44 风机轴承温度骤升到69.9℃，18:46 风机轴承温度再次骤升到106.0℃。此时不得不采取果断措施， 使裂解炉紧急停车，后来拆开轴承座后发现轴承已损毁，因发现及时且处理得当，风机主轴未被完全破坏，情况如图1所示。

图1 裂解炉风机轴承损毁拆解情况

按照风机轴承使用说明：轴承温升不得高于40℃， 轴承表温不超过70℃。 事故轴承温升为112℃，轴承表温106℃。 初步判断是轴承的润滑和安装出了问题。

2 问题分析

2.1 风机原始设计情况

风机原始设计采用双进气、 离心式风机，风机转速1 490r/min。如图2 所示，风机侧采用滚动轴承支撑，滚动轴承为进口瑞典SKF 轴承。 电机侧止推端轴承为22224CC/W33 双列球面滚子轴承，支撑端轴承选用C3224/C3 型carb 轴承。轴承采用脂润滑，润滑脂使用温度-40～150℃，润滑脂牌号为SKF 型号LGHQ3（复合锂基脂）。 组装后进行机械运转试验， 轴承温升稳定后运转20min轴承温升不大于40℃，轴承箱振动速度有效值为4mm/s。

图2 风机装配图

2.2 轴承的润滑问题

滚动轴承常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两种，此外也有使用固体润滑剂的。 润滑油通常使用矿物油，其润滑性能优于润滑脂，特别是在高速、高温的情况下。 润滑脂比润滑油粘稠，适用于低速、 轴径圆周速度不大于 4～5m/s 的场合［1］。然而，EF-111H 裂解炉引风机轴径的圆周速度v=9.44m/s。

风机的设计、制造和检验应按《EF-111H 裂解炉改造引风机技术条件附件》 中要求的API 560［2］等有关标准执行。 API 560 第 11.12.1 中规定：“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，除非买方另有规定外，轴承和轴承箱应按轴承制造商的推荐，配置烃类润滑油润滑。 未经买方同意，不得使用油脂润滑的滚动轴承。

润滑脂的充填量规定为： 当风机转速η＜1500r/min 时，充填量为轴承腔空间的 2/3；当η＞1500r/min 时，充填量为轴承腔空间的 1/3～1/2。EF-111H 裂解炉引风机η=1490r/min，几乎就位于分界点上，所以如果充填量取轴承腔空间的1/2，则润滑脂重量约为650g；如果充填量取轴承腔空间的2/3，则其重量约为858g，然而现场实际填充量为1 000g，超出142g。可见，润滑剂并非越多越好，过多的油脂反而阻碍了轴承散热。

2.3 风机侧安装轴承时冷态膨胀量预留不足

从图2 中可以确认风机主轴的冷态位置，事故后轴承内环已超出其外环约10mm 以上（冷态时应缩入外环内）。 可以推断出：操作时热态情况下，主轴位移量已大于16mm。 问题应该出在轴承安装时冷态膨胀量预留不足上，外环应超出内环约10mm 左右， 确切值应以轴承说明书为准。 即当轴承安装到主轴上之后，应将轴承外环向远离电机侧拉出约10mm 左右，保持这种状态，再将这种状态的转子小心装入轴承座。 正常操作时，受热的主轴会推动内环回到正常位置。 从图2 可以看出，主轴热膨胀已受阻碍，这会导致两个轴承同时受到主轴的推力，在推力的作用下因过度摩擦发热而导致轴承损毁。

3 结束语

引风机发生故障后，停车更换轴承和裂解炉期间造成的费用、损失包括：将整台重达15t 的引风机从炉顶平台拆除后用吊车吊到地面，更换新轴承后吊回恢复原位，再做轴动平衡、振动等调试，全部费用约15 万元。 另外，裂解炉停车5 天来完成上述工作，乙烯年产量按12 万吨计算，则操作8 000h 折算损失约为0.18 万吨。 而故障原因仅仅是因为风机轴承的润滑不当和安装不规范。

风机轴承超温是引风机常见、多发故障。 根据对故障数据的具体分析， 通过对轴承的设计、选型、润滑方式和操作维护的研究，为保证设备的长周期稳定运行，避免发生同类事故，应注意以下3 点：

a.轴承润滑介质应选用稀油润滑；

b.轴承润滑介质注入量应严格按供货商推荐的数量；

c.冷态安装轴承时应严格按照轴的实际工作环境等预留出足够的热膨胀量。