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气流分级机在裂化剂生产中的应用改进管理提升

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闫俊杰

(中国石化催化剂长岭分公司,湖南岳阳 414000)

  摘 要:本文介绍了气流分级机的工作原理及其在裂化剂制备过程中的应用。针对设备投用后存在振动大,轴承使用寿命短的问题,提出了改进措施。采用轴承箱上部轴承压盖开注油孔,下部压盖密封改双向密封,并改进轴承选型的方法,从根本上解决了分级机使用周期短的问题。并对改进后的轴承可行性进行了详细分析。经改进后,达到了预期效果,为生产正常进行创造了条件,同时为同类设备的设计提供了技术依据。

  关键词:气流分级机;裂化剂;振动;轴承

  1、前言

  2009年,北京石油大学流固分离研究室与中石化催化剂长岭分公司共同研究开发了LHC-F3型离心转鼓式分级机,应用于裂化剂生产中。该机占地面积小,适合连续化的大生产。具有分级粒度范围广,处理量大,切割粒度高,分级效率高,调节灵活,易操作等优点。

  设备投用后,运行三个月左右,就出现轴承振动大、响声异常的现象,必须停工检修,严重影响装置产能。检修过程中对故障轴承检查发现,轴承压盖内润滑脂硬化失效,并含有催化剂粉尘,滚道磨损,轴承游隙变大是轴承振动的主要原因。本文详细介绍了分级机改进措施。

图1 气流分级机结构图

1.电机;2.内置轴承箱;3.气封盘管;4.分级轮;5.分级室;6.尾气风机;7.旋风分离器

  2、设备简介

  2.1工作原理

  气体由主分口和二次分口进入分级机内,在分级机内形成旋转气流,沿筒体稳定上升。在分级机筒体与分级轮之间的空间内形成稳定的,均匀的离心力场。欲处理的物料借助重力滑入分级机内,气体在上升过程中与物料充分接触,在此离心力场的作用下,被充分的撒开。原料中的粗颗粒由于受到的离心力大于气体对颗粒的拽力,而被分离到器壁处,沿器壁滑落而下,粗颗粒从粗粉出口排除。

  原料中的细颗粒由于受到的离心力小于气体拽力,而随气流上升被带入分级轮附近的空间区域内,并受到径向穿透分级轮气流向心力的携带作用,穿过叶片间隙进入分级轮内,在分级轮形成的离心力场及叶片碰撞作用下,将粗颗粒分离到器壁上,粗颗粒落入粗粉内。细颗粒随气流进入细粉尾气管道,经旋风分离器后,回收利用,尾气在引风机作用下经排气管排放。

  2.2主要技术参数

  分级机:

  型号:LHC-F1400;

  输送介质:催化剂颗粒;

  材质:18-8;

  电动机:

  型号:KT132M-4;

  功率:7.5 KW;

  转速:1440 r/min;

  皮带速比:1:1;

  3、存在的问题及原因分析

  3.1轴承箱设计不合理

  3.1.1密封设计不合理

  分级机原设计采用的是单面普通毛毡密封,在检修过程中发现下部轴承内混有催化剂颗粒。实际生产过程中,分级机内部温度在100°C左右,普通毛毡密封在长期高温环境下失效快,密封效果降低,导致催化剂颗粒进入轴承内,同时会造成润滑脂流失。

  3.1.2轴承位置没有注油孔

  原设计轴承箱立式安装,轴承采用锂基脂润滑。由于轴承箱轴承部位没有注油孔,因此只能每次检修时只能在轴承内内注满油脂。润滑脂在高温下粘度降低,流动性增大,且在下轴承压盖密封失效时,润滑脂流失,上部轴承将会长期处于润滑不良,甚至无润滑状态,导致轴承损坏。

  3.2轴承选型不合理

  分级机原设计轴承采用两个角接触轴承,型号为7314B,接触角40°,面对面安装,同时承担轴向力和径向力。角接触轴承能同时承受径向载荷与轴向载荷,接触角a有15°、25°、40°三种,接触角越大,其承担轴向载荷越大。该类轴承适用于转速较高、 同时承受径向和轴向载荷的场合,安装精度要求高。

  在生产中,下端轴承所处环境温度在100°C左右,装配时虽然考虑了热膨胀系数,但很难精确。若游隙偏大,会产生振动,若游隙偏小,轴承会在短时间内烧坏,将轴抱死。

  根据分级机受力分析,运转过程中只产生朝下的轴向力,不会出现双向轴向力,采用角接触轴承成对(面对面)安装是没有必要的,单个角接触轴承完全可以解决轴向力问题,因此上部轴承使用角接触轴承7314B是没有必要的。

  4、改进方法

  4.1轴承箱改造

  4.1.1改单向密封为双向密封

  重新加工轴承压盖,将下部密封改为双向密封。上层采用氟橡胶骨架油封(耐高温),防止润滑脂流失;下层采用耐高温毛毡密封,防止分子筛颗粒进入轴承箱。

  4.1.2上部轴承压盖的改造

  将轴承压盖部件进行改造,具体方法如下:

  (1)在原有压盖的基础上,开注油孔,大小尺寸为M10。

  (2)为使轴承外侧储油量增大,故将原有的毛毡油封去掉。并在轴与端盖的缝隙处增加一聚四氟密封圈,防止灰尘或杂物进入轴承内部。

  (3)将原有的安装毛毡密封位置的深度用车削方法进行加深。

图2 轴承压盖改造图

  对上部轴承压盖改造,安装油杯,定期对上部轴承补充润滑油。同时,轴承选用两边带防尘盖的轴承,翘掉上部防尘盖,保留下部防尘盖,来减缓润滑油流失。同时采用长城7014耐高温油脂替代原锂基脂。

  通过对分级机受力分析,决定将上部轴承角接触轴承7314B改为深沟球轴承6314,让其主要承担分级机运转过程中产生的径向力,并且起径向固定的作用,下部轴承继续使用7314B轴承承担轴向力和一部分径向力(注意安装方向外圈窄边朝上)。深沟球轴承允许的角偏差较大,能有效避免因轴承游隙过大或过小造成的轴承早起失效,同时安装精度要求低。

图3 分级机静力图

F1:分级轮重力;F2:轴承轴向力;F3:皮带轮受到拉力;F4:轴承径向力

  4.2.1轴承受力分析

  由于分级轮在罐内中心安装,且粉体物料撞击分级轮的概率相等,分级轮对催化剂颗粒作用的反作用力相等,因此可以认为分级轮运转过程中产生径向力合力为零。同理皮带轮运转产生的径向力等于零,皮带轮只受到皮带拉力F3。考虑到极端情况,轴向力完全由下部轴承7314B承担,径向力全由上部轴承6314承担。

  4.2.2轴承应用分析

  分级机轴承改造取得的成功,可根据轴承的额定寿命进行分析,从有关资料查出的寿命计算公式为:

  C=(fh/fn)P  (1)

  式中 fh为寿命系数;fn为转速系数;P为当量动载荷,Pa。

  fh、fh值可根据轴承的使用寿命及转速,由轴承手册中查得。从实际情况出发,分级机每年平均运行8000h(除去停工检修时间,平均每台分级机每年运行11个月),每次大修期都需更换轴承,取保守值5年更换一次,即轴承所期望的L为40000h,查轴承手册调心滚子轴承22232的fh为3.72;轴承的转速为1440r/min ,查得fn为0.322。

  而当量动载荷P则需通过计算得出,其公式为:

  P=X FR+Y FA (2) 

  式中X为径向系数;Y为轴向系数;FR为径向载荷,Pa ;FA为轴向载荷,Pa。

  计算轴承当量动载荷

  NU轴承只承受径向载荷,且承受恒定力矩载荷

  Pr=Fr (3)

  考虑轴承运转中受到中等力矩载荷,当量动载荷Pm

  Pm=fmPr,查轴承手册fm=2

  径向载荷F可通过分级机轴系静力平衡计算得出,分级机轴静力见图2。

  径向轴承6314承受的径向载荷Fr

  Fr=F2

  则,轴承当量动载荷Pm=2*F2

  F2=1000 p/v v:带轮圆周速度

  p=7.5 Kw;v=nd;d= 0.2m;n=1440 r/min

  v=nd=0.2*1440/60=4.8 m/s

  F2=1000*7.5/4.8=1562.5 N

  轴承当量动载荷Pm=2*F2=3125 N

  计算轴承寿命

  通过将上述计算所得数据代入式(1),求出轴承的额定动载荷值,再与该轴承的基本额定动载荷值比较,基本额定动载荷值应大于或等于额定动载荷值,即可满足使用要求。

  额定动载荷C=(fh/fn)P ,前面已得知fh为3.72、 fn为0.322。数据代入公式,得C=36102.5 N

  查轴承手册轴承6314额定动载荷C0R1=68 kN,大于轴承的额定动载荷C。因此6314作为分级机的径向轴承可以满足要求。

  5、改造后的效果

  2011年6月对裂化剂分级机机1173进行了改造,改造后运行情况良好,轴承的振动值、温度均在正常范围内,连续运行一年以上设备未出现异常。改造取得了成功。

  6、结论

  通过改造,彻底解决了裂化剂装置气流分级机运行周期短,轴承故障率高的问题。再保证装置的正常生产的同时,节约了配件成本。同时,分级机设备的成功改造应用,为该类设备在其他领域的应用提供了技术支持。

  参考文献

  [1] 徐灏、邱宣怀、蔡春源、汪恺、余俊《机械设计手册》——机械工业出版社.1991年.

  [2]陈云飞、卢玉明《机械设计基础》——高等教育出版社.2008年

  [3]张松林《最新轴承手册》——电子工业出版社.2006年

  [4]刘志坚、陈建和《催化剂制备-设备部分》.2005年

  [5]才加刚、王勇《滚动轴承使用常识》--机械工业出版社.2011年

  [6]杨国安《滚动轴承故障诊断实用技术》--中国石化出版社.2012年
来源:《石油和化工设备》2019年第1期