鲁奇气化炉煤锁下阀传动轴外窜原因分析及技术改造

    山西潞安煤基合成油有限公司气化车间加压气化装置是德国鲁奇公司的第四代产品，国产化以后由化二院设计，国内制造生产。煤锁是气化炉配套的带压加煤关键设备，承担着气化炉的进料工作，在循环进料期间，煤锁下阀必须关严才能进行加煤操作，即煤锁下阀必须动作灵活到位，无异常。由于煤锁加煤次数非常频繁，煤锁内工作压力一直处于0～3MPa之间循环间隙充泄压，从而造成煤锁下阀传动轴轴端面一直处在3MPa的间隙外推力下工作，致使轴肩及垫环异常磨损而导致轴外窜，最终因轴销与轴承摩擦，造成下阀轴不动作而停车，这一问题给气化炉连续高负荷运行带来极大的隐患和故障。

    同类企业—山西天脊集团和河南义马煤气化厂的气化炉煤锁也存在类似情况，都是出现故障后被迫停车处理。为此，经过反复研究和摸索实践，在对煤锁下阀轴外端面增加止推轴承，消除了煤锁下阀轴外窜的现象，取得了明显的效果。

    1 煤锁及煤锁下阀结构

    1.1 煤锁

    煤锁是将煤仓内的煤间歇加入气化炉的压力容器。上部与煤仓相连，下部与气化炉相连。煤锁外径3000mm，总高3800mm，压力3.16MPa，容积12.1m³。结构中间为圆柱形筒体，上部连接蝶形封头，上、下进出口处各有煤锁上、下阀控制。侧向接有煤锁充、泄压管线及驱动煤锁下阀动作的传动轴。

    1.2 煤锁下阀

    煤锁下阀为圆盘阀，阀座固定在煤锁与气化炉相连法兰内侧，阀头与阀杆用螺栓连接，阀杆在煤锁导向筒内有两个滑动支撑点，导向筒的支撑架固定在煤锁内壁上，导向筒内的阀杆与煤锁内的内摆杆90°滑动连接，内摆杆与轴通过中间销连接，轴延伸到煤锁外，通过煤锁外的液压驱动装置带动阀头上下移动，实现下阀开关功能。

    2 煤锁下阀传动轴原设计结构及运行情况

    2.1 煤锁下阀传动轴原设计结构

    煤锁下阀原设计为通过液压驱动装置—外摆杆—传动轴—内摆杆—阀杆的同步动作达到下阀的开关功能。由于煤锁是压力容器，且频繁地间歇加煤，煤锁下阀传动轴又是由煤锁内部延伸到外部，即煤锁下阀轴是由高压端伸到常压端的，所以煤锁下阀传动轴势必要有向外的间歇气压推力作用在煤锁下阀轴上（传动轴的轴端面受力约40kN）。原设计是由安装在煤锁下阀传动轴常压端的轴承套、轴承、垫环等装置与煤锁本体通过螺栓连接，垫环与传动轴的轴肩用直径8mm的销钉定位，通过垫环与轴承的相对运动来达到轴向固定和保护下阀轴正常使用的目的。其中轴材质为35CrMo，轴肩倒角为R4mm，直径为129.5mm；垫环材质为35号钢，其与轴肩配合倒角为R6mm，仅用1个直径为8mm的销钉与轴肩定位；轴承材质为QT500－7（见图1）。

图1 煤锁下阀轴原设计结构

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    2.2 运行情况

    在煤锁间歇加煤运行过程中，煤锁经过一段时间的运行，就会出现煤锁下伐传动轴的轴肩与垫环之间的定位销钉磨损或折断，造成垫环与轴肩做相对运动而磨损，致使轴外窜（经实测：外窜量不得大于27mm，否则中间销将与煤锁内壁接触摩擦最终卡死，导致下阀不动作），进而导致煤锁下阀不能正常动作，影响气化炉的正常加煤，自2008年8月气化炉开车以来，因处理煤锁下阀轴外窜，气化炉被迫降负荷多次，直接对系统连续高负荷运行带来隐患，另外煤锁下伐所处位置温度高、检修空间狭小且为高空作业，给检修带来了极大的困难和劳动强度。

    3 煤锁下阀传动轴外窜原因分析

    煤锁下阀传动轴外窜主要是煤锁下阀传动轴轴肩与垫环磨损严重，达到一定程度后（垫环几乎磨损掉，轴肩磨损严重），轴承套、轴承和垫环的组合达不到轴向固定保护下阀传动轴的作用。

    通过对损坏的传动轴检查和分析，以及与其他使用鲁奇第IV代气化炉的生产单位比对，初步认定为：①传动轴轴肩和垫环的配合存在问题，垫环与轴肩只用一个直径为8mm的销钉定位，销钉在受力的情况下极易折断，造成垫环与轴肩摩擦磨损，而按设计是垫环与轴承摩擦；②传动轴材质需改进；③垫环材质较软，极易磨损；④传动轴承受的压力过大，垫环和轴承的组合不足以消除传动轴外窜。

    4 煤锁下阀传动轴的改造

    通过现场勘查、分析及可行性论证后，决定在目前条件下，采取如下措施：①将垫环与轴肩结合面间断焊接，消除销钉折断以后致使垫环与轴肩旋转摩擦；②将传动轴最外端加装止推轴承（选用止推轴承型号为9069324），止推轴承固定在轴承固定架上，轴承固定架与气化炉下阀传动轴的支撑架选用M30螺杆做固定拉杆，一端与下阀传动轴支撑架焊接，另一端用螺帽固定。为方便定位及距离的调整，将固定架设计为横向开槽和纵向使用螺杆的可移动式固定法（见图2）。    

图2 煤锁下阀轴改造后结构

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    5 煤锁下阀传动轴改造后使用情况及效果

    煤锁下阀传动轴改造后使用效果十分明显，加止推轴承以后，气化炉的并运率和负荷率逐步提高，扭转了生产的被动局面。近一年内，未再发生下阀传动轴外窜现象。五台气化炉并运率达到了95%以上，单炉负荷率达到了设计的125%，总产气量达到了原设计的130%。实现了气化炉的长周期连续安全稳定运行。

    6 需进一步改造的设想

    自改造以来，效果比较明显，但是在使用当中，也存在一些需进一步改进的地方，具体如下：

    1）因所用的固定拉杆，一端是与下阀传动轴的支撑架采用焊接的方式连接，焊缝有时候会出现开裂现象。

    2）施工是在现场手工组对，所装止推轴承与传动轴的中心存在一定的偏差，轴承滚珠与轴承外圈又是锥面配合，使用一段时间后，滚珠会出现跑偏现象。

    3）因中心的偏差，会造成2根固定螺杆存在受力不均匀的情况，出现拉断的现象。

    鉴于以上情况，今后可考虑在轴承套、垫环和轴肩的位置上做改进，选用相应的轴承进行内部镶嵌，以消除在其外部安装止推轴承所带来的不足。