《石油化工设计》2005年合订本.pdf
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1、年创刊 季刊年月日第卷第期总第期第五届 石油化工设计编 委 会主任委员王子宗副主任委员傅铁英委员 以姓氏笔画为序戈军叶大文田创举刘方刘云海孙丽丽朱忆宁林中李良友杜杰肖珍平束志顺佟泽民李鑫钢屈文杰张宏赓孟爱民张增禧茹得山赵金立桑如苞高金森阎观亮 黄祥谦主办中国石化工程建设公司协办中国石化勘察设计协会中国石化石油化工设计科技情报中心站主编王子宗副主编黄晓宇责任编辑黄晓宇英文译审江林广告设计王勇编辑出版发行石油化工设计 编辑部照排北京金同谱科技有限公司印刷北京时捷印刷有限公司地址北京市朝阳区安慧北里安园号邮编电话传真中国标准连续出版物号广告经营许可证号京朝工商广字第号定价元公开发行目次设计技术聚丙烯
2、挤压造粒机组齿轮泵设计缺陷分析及对策 苟东影大型风机隔振基础的动力分析及其设计方案徐缨谈志春液化烃脱硫塔两种设计计算方法的比较与分析李英王成富气相法聚丙烯脱气仓的配管设计陈军管理科学试论工程设计审查胡晨丙烯腈装置本质危险分析与工艺安全设计葛立彬浅谈工程项目成本管理穆冬梅工艺优化大型循环水泵进水水力条件的优化设计翟海珊酮苯脱蜡改脱蜡脱油装置的优化设计方案李宝中吕宏光王国斌等泵技术在设计阶段中解决离心泵气蚀问题的可行性探析 张黎华自吸离心泵卸车工艺设计中的几点思考 祝雁红韩少君技术改造芳烃抽提抽余油系统扩能改造孙秋荣冯世政外购重芳烃生产三甲苯的技术改造突破方案边江刘杰号喷气燃料生产中存在问题及技术
3、改造措施张春玲聚乙烯改扩建反应区出料设备及管线设置方案郎晓平焦化装置扩建改造技术分析陈伟设计理念浅析中外设计理念的差异张霖标准规范美国与标准管板计算方法比较 二丁利伟知识产权许可贸易中专利及专有技术的保护与运用策略王卉群石化在线上海赛科万吨聚丙烯装置投料试车成功欢迎订阅 石油化工管理干部学院学报国内高透明聚丙烯生产情况催化汽油选择性加氢脱硫技术通过鉴定辽宁合成乙酸异丙酯技术开发成功将和一起参与管理福建炼化一体化项目辽宁开发成功合成环己烯新技术欢迎订阅年精细化工中间体年度 数字油田 论文征集及评选活动石油化工行业景气度未来预测欢迎订阅 石油化工设计 和 乙烯工业 期刊欢迎订阅精细石油化工珠海全力
4、搭乘需求的中国快车年中国化工市场展望年中国年进口增长超过聚丙烯挤压造粒机组齿轮泵设计缺陷分析及对策苟东影中国石化北京燕山石油化工股份有限公司摘要通过对挤压造粒机组齿轮泵的故障分析 找出了齿轮及轴瓦运行中存在的问题 指出了挤压造粒机组螺杆和齿轮泵在设计上的不足及其所存在的隐患关键词聚丙烯挤压造粒机齿轮泵故障分析北京燕山石化股份有限公司 以下称燕山石化公司 聚丙烯事业部第三聚丙烯车间内运行的装置是中国第套年产的聚丙烯生产装置该套装置采用美国公司气相法生产工艺由和燕山石化公司和中国石化工程建设公司 共同设计其聚合部分采用的是比利时生产的两台卧式 搅拌床式反应器 挤压造粒部分采用的是日本神户制钢生产的
5、型挤压造粒机组均为公司级重点设备 它们能否正常工作将直接影响第三聚丙烯车间的正常开车运行挤压造粒机组齿轮泵故障表象年月日 操作人员在为挤压造粒机组换网器换网时 发现过滤网上粘着片状银质金属在其后的天内 此种银片增多经分析 判断为挤压造粒机组齿轮泵轴瓦内衬银层脱落因此该机组被迫于月日进行停车检修根据事业部的安排 我们对挤压造粒机组的混炼部分 挤压部分 切粒部分进行了全部解体检查在解体检查时发现齿轮泵轴瓦的银层严重脱落 尤其是北侧上瓦的导流槽内银质层已完全脱落每个轴瓦外侧 靠近端部 的圆周上 都有深浅不同的划痕南侧下瓦尤为严重 划痕贯穿整个圆周齿轮转子齿面其齿根靠近节线附近有麻点 其中一个齿沿轴向
6、有变形 另一个齿在靠近齿端的顶部有约的脱落疤痕齿表面 轴瓦表面都有一层炭化层瓦润滑树脂出料阀内严重炭化 流道堵死故障分析为分析故障原因 须将各种影响因素列出将齿轮泵设计参数列于表然后根据各种技术数据指出其设计的先天不足点从实用轴承手册查知 滑动轴承的减磨层以银为材料时 其最大许用压力值最高工作温度由表知 实际情况是额定压力收稿日期修改稿收到日期作者简介 苟东影男 辽宁抚顺人年毕业于燕化中专化工机械专业年毕业于北京市委党校经济管理专业 获硕士学位长期担任厂内的公司级重点机组的设备动态检测工作 现任聚丙烯事业部维修中心主任撰写的 提高混炼机的检修质量 延长运转周期 获北京市小组优秀奖设计技术石油化
7、工设计表齿轮泵设计参数操作 额定温度最小 操作 额定吸压最小操作 额定排压旋转速度范围转子轴承类型轴瓦吸入 排出壳体材料耐热钢转子齿轮材料渗氮轴表面硬度轴承材料银 软面额定温度都超过了银的许用值挂银的工艺不合理为说明问题 将轴瓦软质减磨层的几种粘挂工艺的优缺点简述如下工艺一 离心浇铸其优点 工艺成熟 已有上百年的历史简单 制作费用低 软质贵重金属的利用率高达且可回收反复利用软质减磨层同基体有一定的结合力 能够满足在压力 温度不太高条件下运转机械的一般要求其缺点浇铸时的温度很高 要达到软金属的熔化温度以上 银是因此要求瓦背的金属含碳量要低于以避免在浇铸完后急速冷却时 不被淬硬 俗称不上火 以利于
8、后续加工 为提高软质合金同瓦背的结合力 在瓦背的内表面要制成各种形式的翻边榫头 见图消弱了瓦背的强度和刚度 银层与基体金属的结合力受热胀冷缩的影响非常大所以不宜在高温条件下使用图典型的瓦背内表面的翻边榫头工艺二 喷涂其优点 喷涂时基体温度在即可 不用考虑瓦背的 上火 问题 材料任选 软质层的结合力高于工艺一 不用考虑榫头 的问题其缺点是软金属的利用率低 只有造价高工艺三 电镀其优点 结合强度高 是上述两种工艺的倍 电镀时基体温度较低 不用考虑瓦背的 上火 问题 材料任选 同样不用考虑榫头 的问题其缺点 有污染 特别是对于镀银而言 要求是 银层铅铟此项工艺复杂 造价昂贵 铟是稀有金属从的轴瓦实际
9、结构和组材看 瓦背是号钢且有翻边榫头所以我们推断它是离心浇铸而成在高温高压的条件下使用 其工艺本身的缺点就显现出来瓦背的材料使用号钢不合理从机械设计手册中查知号钢使用的最高温度而安全使用温度仅为低于的使用温度应该说明的是 所谓安全使用温度 按照材料力学的理论 是指材料在该使用温度下 其强度刚度 硬度 耐腐蚀性能 许用应力值等 都是常温条件下的以上比如说号钢 在度时其许用应力为在常温下的许用应力是两者相比 前者仅是后者的在安全温度时 其许用应力值恰是常温下的就我们的轴瓦而言 即使在使用离心浇铸工艺的情况下 也应该使用其安全使用温度为瓦座选用材料不合理不合理之一 所用材料是从机械设计手册中查知 其
10、最高使用 温 度安 全 使 用 温 度小 于不合理之二 其硬度范围低石 油 化 工 设 计第卷于高温轴承安全使用硬度这里说明两点一种材料之所以有一个硬度范围 是因为同一种材料 在相同的铸造 轧制 淬火条件下 由于密度 合金元素分布的均匀程度 淬火冷却时的降温梯度不均等因素的影响 同一种材料淬火后的表面硬度不可能一样设计手册中给出的数值 是指该材料可能的硬度上下限安全使用硬度就是指某种材料的硬度下限值按照高温轴承的设计理论 在以上使用的轴承就叫高温轴承在高温条件下 材料的抗疲劳强度的大小 依赖于硬度的某一数值 最小值是硬度低于该数值时 抗疲劳强度将急剧下降硬度低于此数值的材料 在持久高温作用下
11、其内部组织会发生相变 以至尺寸发生改变 不能保证尺寸的稳定性所以我们认为小于是不合理的不合理之三 该材料是冷作工具钢其高温塑性差 挠性差 耐冲击性差滑动轴承的重要设计原则之一就是要求其材料要有一定的挠性和塑性其目的是使轴承能够靠它的局部变形来补偿设计中不能预知的不利因素的不良影响例如由于形状误差 材料的内部组织结构均匀性误差热膨胀的方向性误差以及如上面所说的尺寸稳定性误差等等按照这一原则 笔者认为应该选用的材料是我厂的一聚造粒机的齿轮泵材料就是此种材料两种材料的性能比较见表表两种材料的性能参数钢号硬度耐磨性耐冲击红硬性热塑性最高使用温度好差中差好中好好年月日 二聚齿轮泵轴瓦瓦座 仅在当日 中午
12、开车后 即晚上就严重崩裂初步认为 除瓦座锻件内部可能有缺陷外 其主要原因就是材料的热塑性差所致轴瓦的材料组合不合理按照轴瓦的设计原则 在高温下使用的双金属或三金属轴瓦 要求组成轴瓦的每种材料的热膨胀系数相同或相近 用以保证在受热膨胀的情况下 不会造成因压应力过大而产生局部变形而我们的三金属轴瓦 其膨胀系数分别为 银层钢瓦座在最外边的壳体 同瓦座相配其材料是耐热钢 相当于我国的它的热膨胀系数是从这些数据可以看出 是不符合设计原则的最近 轴瓦的制造厂日本神户制钢技术人员来我厂进行技术交流当问及轴瓦的结构问题时 他们讲 最近出厂的造粒机轴瓦结构已改成一体结构 材料是这进一步说明以上关于轴瓦结构不合理
13、结论的正确性配合公差不合理瓦背同瓦座的配合过盈量 在常温下是从实用轴承手册中查知 按照我国的国家配合标准 在常温下是更何况是在的高温下使用此时钢膨胀大并且还有定位销所以 我们说它不合理瓦座同壳体的配合较松瓦座在常温下测量的尺寸 同度下的壳体尺寸相比小即有间隙待到使用温度时 两者的温度相同 但膨胀系数不同 外大里小 造成的间隙振动加大应和这一松动配合有直接的关系故障处理根据前面的分析及测量所得的实际数据 按照制造厂说明书和检修规程的要求 特制定了如下故障处理方案个齿轮泵轴瓦 椭圆度最大轴向 径向都有严重的划痕 导流槽内的银层脱落严重 瓦面上也有银层的脱落经有关部门研究决定 更换新轴瓦旧轴瓦待修复
14、后留做备件齿轮泵的修磨 麻点缺陷用油石修磨 尽可能平滑为止的变形齿 用砂轮磨后 用油石精磨第卷苟东影聚丙烯挤压造粒机组齿轮泵设计缺陷分析及对策所缺的固定销和损坏的螺栓 重新加工具体要求是 材料调质硬度固定销用较紧的过度配合安装卸料阀中的积炭用机床清理后回装在装配过程中 因制造厂说明书中没有齿侧间隙 墙板间隙的具体数值 通过计算得出 齿侧间隙墙板间隙为维修中心据此进行了实测 结果是 齿侧有磨损墙板间隙合乎要求存在隐患从机械原理和材料学的角度 分析该设备一些主要零件的强度和使用性能 存在隐患概述设计计算略 如下螺杆和齿轮泵的最小设计直径同实际直径的比较为了说明问题 我们将一聚 二聚 三聚的台结构形
15、式相同造粒机的相关参数列于表以进行比较表一 二 三聚造粒机相关参数比较参数一聚二聚三聚螺杆运转功率螺杆转速设计最小直径实际最小直径安全系数齿轮泵运转功率齿轮泵转速设计最小直径实际最小直径安全系数说明螺杆的计算截面是安装同步齿轮处因该处有键槽最薄弱安全系数小于的 有安全隐患例如二聚的螺杆 齿轮泵的安全系数都小于都断过尤其是螺杆就是在同步齿轮键槽处断的三聚螺杆虽然安全系数小于但长期在占的以下运行笔者认为 近期内问题不大但螺杆的尾部 旋转接头处同轴度不好 应适时修理与螺杆不同 三聚的齿轮泵确是个隐患首先 其安全系数仅为其次 本次检修 齿轮泵齿部的以上的变形已被磨掉即是说左右的渗氮层已被磨掉 渗氮层的
16、硬度左右 其作用就是防止齿轮被磨损如此说来 该齿轮被磨损的可能性很大 是个隐患在表中 螺杆的材质都是镀铬 齿轮泵齿轮的材质都是渗氮从表中还可以看出 日制钢和神钢两公司的设计理念不同前者零件的设计寿命最小年而后者 最多只有年数据来自样本从材料学的角度分析 二聚 三聚台造粒机同属一个制造厂 设计理念相同 问题就相同台设备的所有齿轮的材质 都是铬钼钢 只有螺杆的同步齿轮是铬镍钢铬钼钢 铬镍钢都不耐磨 耐热不适于做齿轮的材料所以三聚车间经常 约个月 清理油过滤网中的铁屑最适宜的材料是锰钛合金钢 但价格很贵混炼机筒体材料镀铬 闸门材料镀铬 已经坏过换向器材料镀铬 都是不合理的因为钢的安全使用温度仅为实际
17、温度近结语通过前面的论述 我们对在检修中所发现的问题进行了详细的分析和处理 并且对挤压造粒机组在设计上的不足及所存在的隐患进行了说明可以说 本次检修的质量是理想的年月日开车后 在负荷到时 测得齿轮泵的振值是仅是停车前的最佳值最大到的弱说明了本次的检修质量参考文献李洪 曲中谦主编 实用轴承手册西北工业大学主编 机械设计余国宗主编 化工容器及设备王修斌 程良骏主编 机械修理大全北京化工大学主编 塑料成型机械徐灏主编 机械设计手册石 油 化 工 设 计第卷大型风机隔振基础的动力分析及其设计方案徐缨谈志春江苏省医药设计院有限公司 无锡市摘要详细介绍了国产大型风机安装在厂房楼层上时采用隔振基础的动力计算
18、方法 按设计规范规定的标准评价隔振基础的振动特性 获得了满意的结果 动力分析得出一条规律 即自由度隔振体系的个固有频率完全取决于隔振基础本身的个物理参数关键词风机隔振基础固有频率振动线位移大型风机隔振基础技术现状隔振基础技术在工程建设中的地位设备基础是保证动力机器安全 经济运行的重要构筑物近年来试验研究和推广采用的机器基础隔振技术是牛顿运动定律在经济上的成功实践 既是土建和环保领域的开拓创新 也取得了明显的社会经济实效它标志着环境保护领域中第四大公害噪声与振动治理的技术装备水平正在逐年提高 该项机器隔振基础适用技术 横跨动力学 数学 工程控制等多个学科和土建 机械两大专业隔振技术在我国工程建设
19、中理应占有一席之地笔者简要论述风机的隔振基础动力分析方法和结果大块式隔振基础计算理论较深 但技术已经成熟 运行安全可靠 经济效益明显在化工 冶金 机械等行业中 量大面广的风机等机器基础 都可以采用本项先进技术 以改变传统庞大的设备基础做法弹簧隔振基础目前的技术水平弹簧隔振基础目前的技术水平是相对于传统大块式基础而言的动力机器基础的常规做法是做一个质量很大的钢筋混凝土块式或墙式基础为了使基础振动控制在许可范围内 混凝土块体的质量一般需要大于设备总重的若干倍近年内获得了重大突破 大型弹簧隔振器和阻尼器的加工制造大型机器的隔振基础从无到有 逐步推广 而且隔振效果都达到了预期目标在大多数情况下 大中型
20、动力机器的隔振基础都能做到比不隔振基础节省投资机器基础水平与回转耦合振动公式机器基础的动力分析需要运用牛顿第二运动定律 采用结构动力学的理论和计算方法 通过求解振动微分方程式 才能获得准确的结果但是在工程设计中只要遵照国家标准 隔振设计规范 和行业标准 火力发电厂辅助机器弹簧隔振基础设计规程利用电算程序就可以简单 快捷 准确地进行隔振基础的动力计算大块式基础在空间有个自由度一般竖向振动和扭转振动可以分别计算因为这些振动可收稿日期修改稿收到日期作者简介 徐缨女 浙江省绍兴市人年毕业于东南大学土木工程系工业与民用建筑专业 工程师毕业后一直从事土建设计工作 担任多项重点工程主设人设计技术石油化工设计
21、以分离出来但当基础块回转振动时 其运动总是水平位移和回转耦合振动耦合振动由两个几何参数确定 重心的位移和绕重心的转角这就要按两个自由度计算向水平 绕轴回转耦合振动公式列运动方程令式中基组总质量振动线加速度隔振器向总刚度振动线位移基组质心 即隔振体系重心 至隔振器刚度中心的距离振动角位移基组对通过其重心的轴的转动惯量振动角加速度回转总刚度即弹簧竖向刚度对抵抗转动的贡献向固有圆频率的平方回转振动固有圆频率的平方基础块的回转半径将公式代入公式经整理可化简为取则公式变为式中时间沿方向振幅转动方向振幅公式是的常系数齐次线性方程组欲使振幅不同时为零 即有非解必须使系数行列式等于即展开行列式并整理的二次方程
22、 得出含固有圆频率的方程为公式称之为频率方程 也称体系的特征方程 解之即得水平回转耦合振动的两个固有圆频率和它们是振动系统的频率特征值由此可知 耦合振动有两个固有圆频率较低 称为第一振型固有圆频率较高 称为第二振型固有圆频率这两个固有圆频率用得非常广泛同时可得第一振型和第二振型转动中心至基组重心的距离和用上述同样的方法 可以推导出向水平 绕轴回转耦合振动的计算公式设计实例广西某厂在标高的楼层上 装有台大型离心风机 上海鼓风机厂产的型离石 油 化 工 设 计第卷心风机采用了隔振基础年设计年投产这里讲述的风机隔振基础几乎能为所有大中型风机的振动提供理想的控制方案低转速 工作转速以下 风机隔振基础的
23、固有频率计算方法 将台座 即基础块体 视为刚体 按大块式基础计算个固有频率它的力学模型采用 质量弹簧阻尼器 体系基组 包括机器和台座 作为单质点 有个自由度 其振动可分为竖向 扭转 水平和回转种型式 当基组总重心与体系刚度中心位于同一铅垂线上 简称两心重合 时 基组的竖向和扭转振动是独立的 而水平和回转振动则耦合在一起 共有个固有频率在强迫振动计算中 只要知道固有频率 机器扰力频率 扰力 矩 及其相位和作用位置 即可求得基础上任意点个方向的最大振动线位移最大计算振动线位移必须小于允许振动线位移综合数据隔振体系基本数据机器质量基础块体质量基组总质量质量比机器工作转速工作频率圆频率机器设备资料风机
24、重其中叶轮重电机重其中转子重按电机重的估计电机底座重扰力计算风机扰力电机扰力合计扰力扰力偏心风机扰力电机扰力重心至基础台座顶面的最远距离隔振器选择该风机基础选用德国公司制造的型隔振器台和型阻尼弹簧隔振器台 在使用荷载下的静态压缩量为竖向固有频率隔振效率每台隔振器的额定荷载为实际承载自重和无荷载高度平面尺寸和隔振基础的振动特性评定经动力计算得到低频范围的个固有频率从至均远离扰力频率基础控制点的计算振动线位移三向均小于允许值表明该隔振基础的振动特性优良基础外形尺寸 坐标系和隔振器布置见图布置图剖面图图混凝土台座平面 坐标系及隔振器布置基组的物理参数基组总质心坐标计算 利用坐标系第卷徐缨等大型风机隔
25、振基础的动力分析及其设计方案基组对通过其重心的轴的转动惯量计算弹性支承的物理参数隔振器和阻尼弹簧隔振器的布置 刚度和阻尼系数平面布置见图隔振器刚度中心与体系重心重合 即 两心 重合单台隔振器的竖向刚度为水平向刚度型的阻尼系数为 竖向水平向弹性支承点的坐标和惯性矩第个隔振器以基组重心为坐标原点的坐标值共台隔振器 其坐标值依次为各台台台惯性矩隔振体系的刚度中心利用坐标系求解与重合与重心坐标偏心略超规范规定隔振体系的总刚度竖向总刚度水平向总刚度绕轴回转总刚度绕轴回转总刚度绕轴扭转总刚度台座为刚体的自由及强迫振动计算单质点振动体系的个固有频率计算见表表自由及强迫振动动力计算结果序号计算内容计算公式计算
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