Awaria wentylatora tłoczącego przy kotle odzysknicowym doprowadziła do przestoju dużej celulozowni. Na skutek nadmiernych drgań wewnętrznego łożyska pękł przewód wody chłodzącej wewnątrz wypełnionej olejem oprawy łożyska, powodując wytryśnięcie oleju. Czop wału uległ przegrzaniu, pękł i spowodował stopienie babbitu, czego konsekwencją było poważne zatarcie powierzchni wału.
Kiedy na miejscu zjawił się zespół naszej firmy, pracownicy utrzymania ruchu celulozowni ręcznie korygowali powierzchnię łożyska na wale w trakcie powolnego obracania wirnika przy użyciu dużego silnika powietrznego. Tymczasem zapasowy zestaw panwi łożyskowych do tego wentylatora zapakowano i wysłano do warsztatu remontowego w celu obrobienia babbitu do średnicy wału zmniejszonej o 6 mm. Panwie miały wrócić do zakładu w ciągu 36–48 godzin.
Zmiany konstrukcyjne a wydajność
Modyfikacja konstrukcji kotła, obejmująca ulepszone pistolety na ług czarny, mniejsze wyloty kanału powietrznego oraz zmianę proporcji mieszanki powietrzno-paliwowej (w celu zmniejszenia emisji z kominów) ograniczyła o 30% zapotrzebowanie na świeże powietrze. W efekcie wentylator stał się znacznie przewymiarowany. Pierwotnie zaplanowana wydajność wynosiła 510 tys. m3/godz. przy ciśnieniu statycznym 63 cm z użyciem napędu silnikiem o mocy 1500 KM i prędkości znamionowej 1200 obr./min. Zmiany w konstrukcji kotła nie objęły już jednak modyfikacji wentylatora. Wymagany przepływ powietrza wynosił 382 tys. m3/godz. przy ciśnieniu statycznym 38 cm, co wymagało około 900 KM mocy. Pociągało to za sobą konieczność znacznego dławienia przez przepustnice dolotowe wentylatora.
Ocena techniczna – wykrycie przyczyny
Mieliśmy przeprowadzić techniczną ocenę sytuacji i trwale rozwiązać problem. Zakład ten korzystał z usług lokalnej firmy specjalizującej się w diagnostyce drganiowej. Co pół roku przeprowadzała ona pomiary i wyważanie.
W ocenie konsultantów tej firmy problem drgań był związany z częstotliwością rezonansową.
Zgodnie z pierwotną konstrukcją wentylatora pierwsza harmoniczna prędkości obrotowej tej jednostki powinna wynosić około 1500 obr./min, czyli dużo ponad prędkość roboczą równą 1200 obr./min. Jednakże w związku ze zmniejszonym przepływem powietrza, wyższą temperaturą pracy oraz specyficzną konstrukcją płyty podstawowej stojącego łożyska ślizgowego pierwsza harmoniczna prędkości obrotowej wynosiła w rzeczywistości ok. 1130 obr./min.
Pracownicy celulozowni potwierdzili, że podczas pracy kotła na wirniku wentylatora osadzał się nalot siarczanu sodu z podgrzewacza powietrza, a drgania zaczęły niekorzystnie wpływać na pracę zespołu. Rezonans harmonicznych tylko pogarszał problem. W ciągu minionych lat dodawanie obciążników stało się wyłącznie doraźnym środkiem zapobiegawczym. Naszą uwagę zwróciły dziesiątki sporych obciążników przymocowanych do wirnika. Wyglądało na to, że przyczyną ostatecznej awarii było oderwanie się jednego z tych obciążników.
Podczas konsultacji specjalista z dziedziny diagnostyki wibracyjnej opisał problem i zalecił zmianę prędkości harmonicznej. Wskazał konieczność przymocowania ciężkich kabli stalowych i nakrętek rzymskich do opraw łożysk, które zostałyby zakotwiczone w podłodze przy użyciu nowych betonowych filarów. Według wykonanej przez niego wstępnej komputerowej analizy danych usztywnienie posadowienia skutkowałoby podniesieniem pierwszej harmonicznej prędkości obrotowej do ok. 1280–1300 obr./min.
Propozycja ta nie była banalna i początkowo wydała się przekonująca. Jednakże w naszej ocenie obecność kabli i filarów w głównym przejściu przy problematycznym wentylatorze zagrażałaby bezpieczeństwu pracowników. Nie lada kłopotem byłoby także utrzymanie odpowiedniego naciągu kabli. Wirnik wentylatora liczył sobie ponad 210 cm średnicy oraz ponad 180 cm szerokości, przy średnicy wału równej 30 cm. Obracający się zespół ważył blisko 6 t. Za potencjalne źródło problemu uznano także naprężenia na oprawach łożysk, które mogły przyczyniać się do powstawania drgań poosiowych.
Lepszym rozwiązaniem okazało się obniżenie prędkości wentylatora do 900 obr./min. Oszczędności z tytułu poboru energii to ok. 400 USD dziennie. Co więcej, wymiana dotychczasowego silnika o mocy 1500 KM znacznie poprawiłaby współczynnik mocy i parametry harmonicznych.
Poszukiwanie rozwiązań
W trakcie solidnej burzy mózgów pojawiła się propozycja dołączenia rezerwowego silnika o mocy 750 KM i prędkości znamionowej 900 obr./min dla wentylatora wyciągowego kotła. W naszej ocenie uwzględniliśmy także długoterminową niezawodność i wydajność kotła, kwestie bezpieczeństwa, przyszłe wymogi w zakresie konserwacji oraz koszty alternatywne. Uzgodniono również tymczasowe rozwiązanie polegające na ponownym uruchomieniu kotła z istniejącym silnikiem napędowym o prędkości znamionowej 1200 obr./min.
Jednostkę tę uruchomiono dwa dni później po uzupełnieniu babbitu na panwiach łożyskowych i oczyszczeniu wirnika wentylatora, przy czym pozostawiono na nim zaledwie dwa ciężary wyważające. Opracowano wymagający reżim testowy w celu zweryfikowania przepływów powietrza, ciśnienia statycznego i zapotrzebowania mocy pod różnym obciążeniem. Analiza danych uzyskanych w trakcie testów potwierdziła, że praca wentylatora z prędkością 900 obr./min powinna dawać satysfakcjonujące rezultaty nawet bez konieczności obrabiania łopatek wentylatora. Miesiąc później, w trakcie kolejnego planowego przestoju zainstalowano rezerwowy silnik o prędkości znamionowej 900 obr./min, a dotychczasowy silnik o mocy 1500 KM wysłano do przezwojenia w celu uzyskania mocy 750 KM przy prędkości znamionowej 900 obr./min.
Po dalszych trzech miesiącach zainstalowano przezwojony silnik wraz z nowymi łożyskami wentylatora bez wymiennych płyt podstawowych. Ponieważ pracę jednostki oceniono jako zadowalającą, zmodyfikowano układ dolotowych szczelin wentylatora pod kątem wymaganego ciśnienia statycznego. Poziom drgań wentylatora przy pełnym załadowaniu kotła spadł do 10% wcześniejszych odczytów. Obciążony silnik pracował z mocą 595 KM, czyli sporo poniżej swojej maksymalnej mocy, wynoszącej 750 KM. Z kolei sam kocioł pracował nieprzerwanie przy pełnym lub niemal pełnym załadunku, bez żadnych problemów ze strony wentylatora.
Wnioski
Warto ostrożnie potraktować pierwsze rozwiązanie, jakie zaoferuje nam zewnętrzny konsultant. Zespół doświadczonych i zaangażowanych specjalistów, którzy w ramach technicznej oceny nie zawahają się przeanalizować różnych rozwiązań problemu, gwarantuje wysoką skuteczność strategii utrzymania ruchu.
Gary Wamsley pracuje na stanowisku inżyniera konsultanta w firmie JoGar Energy Services w Atlancie.
Artykuł pod redakcją Michała Andrzejczaka
Autor: Gary Wamsley
