凝聚釜CR-201202内件损坏原因分析及对策.docVIP

聚合釜机架凸缘底盘螺栓断裂的分析与改进 王国强1，吴 冰2，凌 析3 （1.大庆石化公司建设公司，黑龙江 大庆 163714；2.大庆石化公司炼油厂，黑龙江 大庆 163711；3.大庆石化公司化工三厂，黑龙江 大庆 163714） 摘要：通过对聚合釜机械密封与机架凸缘底盘联接断裂的螺栓进行理化、应力分析，确定了其相关的安装精度、螺栓强度、机架刚度与螺栓断裂的关系，实施了相应的改进措施。经过多年的实际运行，验证了改进措施完全满足设备运行的安全要求。 关键词： 聚合釜； 联接螺栓； 断裂； 应力分析 BR-101是某石化装置改扩建新增设的聚合釜，2005年8月开始运行， 2006年2月6日，发现BR-101聚合釜晃动严重，随后机械密封泄漏检测孔开始漏出介质（胶液）；紧急停工并检查发现机械密封与凸缘底盘联接的M16螺栓断裂4条，其它螺栓也已经松动，解体检查机械密封，机封上轴承未发现损坏，机械密封上、下静环面均已掉碴，下静环面出现径向贯通性损坏，动环未出现损坏，拆检搅拌器底轴瓦，未出现偏磨和过度磨损现象。同时发现，另1台同类设备AR-103聚合釜也存在釜体晃动的发展趋势，随后对该设备进行了检查。 1 栓断裂的故障分析 根据设备初发的故障现象，初步排除了单个设备的缺陷。在共性缺陷问题上对2台聚合釜进行具体分析，2台聚合釜的设备技术参数见表1。 表1 设备技术参数 设 备 容积/m3 电机功率/kW 搅拌轴直径/mm 减速器输出转速/ /(r·min-1) 第一聚合釜BR-101 30 75 150 60 第三聚合釜AR-103 30 110 170 44 1.1 设备安装存在的缺陷 BR-101聚合釜使用初期就存在同类缺陷，是造成这次设备损坏的初始原因。设备单机试运时，出现釜体剧烈晃动的现象。当时，对釜体进行对称加固及反复调整、3次更换釜体垫片及机架转位后，有所改善，但设备仍有轻微晃动。在怀疑螺带制造因素可能引起静平衡缺陷，导致搅拌系统运行不稳定而检查处理后，釜体晃动现象未能彻底排除；2台聚合釜仍有不同程度的晃动。 1.2 设备运行时存在的问题 机械密封损坏是由于搅拌器及机架整体晃动造成，由于凸缘底盘螺栓松动、断裂，造成搅拌器晃动，致使机械密封损坏泄漏，凸缘底盘螺栓松动和断裂原因主要有3个。 （1）安装精度的影响 减速机与搅拌器对中不好，减速机与搅拌器轴将不在同一轴线上，将使搅拌器产生偏转的扭力，使搅拌器受到的扭转力矩加大，由于机架采用无支点结构，扭转力矩主要作用在机械密封和凸缘底盘螺栓上，造成螺栓剪切断裂和松动。 （2）螺栓强度的影响 经某检验技术有限公司对送检的螺栓样品进行光谱检验并确认，紧固螺栓材质为普通碳钢，材质为Q235A[1]。 从断裂螺栓断口分析，螺栓是因为受到剪切力作用断裂。对螺栓进行光谱分析，螺栓未检出合金元素，为普通碳钢螺栓。但搅拌器与减速机不同心时，机械密封底座受到的扭转力矩将增大，螺栓受到的剪切力也将变大。 （3）机架刚度的影响 原机架为焊接形式无支点机架，机架横截面呈简单的双U结构，架体无加强筋。该机架承载电机、减速机传递给聚合釜搅拌器的转距。与现场其它釜类设备直观比较，有刚度分析及加强的必要。 2 螺栓断裂的解决方案 2.1 安装精度的保证 为了保证电机、减速机、机架与搅拌器的对中、水平的安装精度，使相关设备、部件达到良好的工作状态，在安装时采取了3项措施： （1）机架上端接口与减速机连接，下端接口与釜体凸缘底盘法兰连接。釜体凸缘底盘法兰在安装机械密封处的支撑平面，对机架轴心线的端面圆跳动不大于0.1 mm，水平度保证在0.2/1000 mm以下，以确保轴封的安装精度[2]。 （2）减速机输出轴在机架中通过JQ型夹壳式联轴器连接；应先校正至两轴线对中，同轴度公差保证0.1 mm以下。 （3）搅拌轴安装轴封部位径向跳动公差保证0.6 mm以下。 设备部件调整及机械密封的安装过程中，选派有经验的钳工技师进行安装调整，确保了设备整体的安装精度。同时，设备整体调整安装完成后，减速机与机架之间、机架与釜体凸缘底盘法兰之间增设φ10 mm定位销定位[3]。 2.2 螺栓强度的校核 根据螺栓样品分析结果，认为有必要对机械密封与釜体凸缘底盘法兰紧固螺栓进行校核。 2.2.1 计算螺栓载荷 （1）螺栓受力分析 对凸缘底盘及螺栓进行受力分析[4]。螺栓材料按原装Q235A钢,许用拉应力[σ]=105 MPa；因16条螺栓以孔心距400 mm的圆周均布，每个螺栓受力相同，螺栓在机械密封及凸缘底盘的受力平衡，M=80 000 N·m,由ΣM=0得: M-16×Q×D/2=0 则螺栓受剪面的剪切力: Q =M/8D =80 000/(8×0.4) =25 000 N 所以凸缘底盘传给螺栓的作用力P