編 輯 | 化工活動家

來 源 | 石油化工設備技術 中科煉化

作 者 | 李恒

關鍵詞 | 裂解氣壓縮機  軸瓦  溫度過高  處理措施

共 3644 字 | 建議閱讀時間 12 分鐘

機組概況

80萬t/a乙烯裝置裂解氣壓縮機由低壓缸、中壓缸和高壓缸3個缸組成，分成五段對裂解氣進行壓縮。低壓缸實現一段壓縮，入口壓力為0.026MPa（表），出口壓力為0.158MPa（表）；中壓缸實現二、三段壓縮，三段出口壓力為0.862MPa（表）；高壓缸實現四、五段壓縮，五段出口壓力為3.8MPa（表）。3個缸額定功率分別為7776、14727、16206kW，額定轉速為4892r/min。壓縮機由抽汽凝汽式汽輪機驅動，壓縮機額定功率為42579kW。3個缸排列情況見圖1。

壓縮機采用可傾瓦支撐軸承（通常由3~5個或更多個能在支點上自由傾斜的弧形瓦塊組成）和雙作用自平衡式止推軸承。低、中壓缸采用同類型的軸瓦，支撐軸瓦型號為φ240×168LG.W/HYDROSTATICLIFT（有液壓頂升），推力瓦型號為φ381（10）×（10）PAD；高壓缸支撐軸瓦型號為TPJBEARING（無液壓頂升），止推瓦型號為φ304.8（8）×（8）PAD。壓縮機與汽輪機、壓縮機各缸之間都采用Kop-flex公司提供的膜盤聯軸器直接聯接。

壓縮機與汽輪機的潤滑油、頂升油和控制油采用聯合油站供油，油泵功率為132kW，泵流量為3454L/min。

第一次試機情況

2020年8月5日壓縮機空氣無負荷（出入口連通大氣）初次試機，按暖機曲線升速，一階段暖機轉速800r/min，暖機1h，壓縮機軸振動、軸瓦溫度正常；二階段暖機速度1500r/min，暖機1h，壓縮機軸瓦振動、溫度正常。暖機結束，繼續升速并快速沖過臨界轉速后，速度穩定在最低止點轉速3913r/min，低壓缸兩端支撐瓦的下軸瓦（順著壓縮機轉向的第一塊底瓦），溫度從54℃同時升到98℃并穩定在該溫度。在該轉速下穩定運行1h后，繼續升速到額定轉速4892r/min，這兩塊軸瓦的溫度分別上升到118℃（驅動端TIA22308）和122℃（非驅動端TIA22306），具體位置見圖2。

從壓縮機CCS系統調出轉速與軸瓦溫度的趨勢曲線進行對比發現：軸瓦溫度隨轉速上升而同步上漲；轉速穩定后，軸瓦溫度也穩定；降低轉速，軸瓦溫度也同步下降；停機后，軸瓦溫度恢復到常溫。由此可以判斷，軸瓦溫度顯示值為真實值。額定轉速下，壓縮機軸瓦溫度不宜超過90℃（軸瓦溫度高報警值105℃，高高報警值115℃），汽輪機、壓縮機的中壓缸與高壓缸的軸瓦溫度在50~90℃正常范圍之內，顯然，低壓缸兩端支撐軸瓦溫度超高，處于非正常狀態，需處理。

原因分析及處理措施

軸瓦溫度高主要由以下幾方面引起：

1）軸瓦存在異常摩擦，產生了大量的熱量；

2）軸與軸瓦間隙過小，導致進入油量不足、撤熱量不足；

3）潤滑油油質變差，潤滑效果變差，引起油溫上升；

4）潤滑油供油量不足，導致撤熱能力不足。

 

停機降溫后，拆檢軸瓦，低壓缸非驅動端和驅動端支撐瓦下軸瓦情況分別見圖3和圖4。

仔細檢查軸瓦和軸，沒有發現異常的碰磨痕跡，軸與軸瓦的接觸面積和位置都在正常范圍內。所以可以排除軸瓦存在異常摩擦。

拆裝過程用壓鉛法測量了軸瓦與軸的間隙和瓦背緊力（軸承蓋對軸瓦壓緊之力稱為軸瓦緊力，其作用主要是保證軸瓦在運行中穩定，防止軸瓦在轉子不平衡力的作用下產生振動），第一次試機后實測間隙值見表1。

從實測值可以看出：低壓缸支撐瓦間隙已調到設計值的上限，并與同缸徑的中壓缸支撐瓦間隙相近，所以判斷軸瓦間隙合適；同時復測了支撐瓦瓦背壓緊過盈量，3個缸6個位置的過盈都在設計要求范圍內，可以判斷軸瓦瓦背過盈情況良好。

 

考慮到潤滑油系統供油不足或油質變化對軸瓦溫度的影響，回查了潤滑油系統的運行情況，結果顯示，試機全過程潤滑油系統供油總管壓力穩定在0.25MPa，供油油溫40℃，說明潤滑油系統供油處于一個正常且穩定的狀態。同時，對潤滑油系統進行多點采樣分析，分析結果顯示：機械雜質為0，水分為0，運動粘度平均值為45.2mm2/s，結果合格。拆檢潤滑油油濾器，也未發現異常。如果系統供油不足或潤滑油變質，則其他軸瓦溫度也會高于正常值，而汽輪機、高壓缸和中壓缸的軸瓦溫度是正常的，所以可以排除此原因。

 

由于未能確定導致軸瓦溫度超高的具體原因，因此采取了增大進油量以降低軸瓦溫度的措施。軸瓦進油孔內節流塞孔徑的大小決定了進入軸瓦的油量。為進一步增大支撐瓦的進油量，對低壓缸的節流塞進行了擴孔，但節流塞孔徑過大可能會導致潤滑油偏流，使得經過其他軸瓦油量減小，引起其它軸瓦溫度升高。

 

根據軸瓦用油的經驗公式：

孔徑擴孔前后的直徑d分別為φ5.5和φ7mm；油壓ΔP為1.1kg/cm2，即進入軸瓦座前的潤滑油支管的表壓。

 

以上數值代入公式，分別算出孔徑φ5.5和φ7mm時的流量，約40和65L/min，因此每個軸瓦座進油量增加65-40＝25L/min，低壓缸兩端軸瓦座擴孔后需增加油量25×2＝50L/min。經復核，裂解氣壓縮機機組中壓縮機用油量1830L/min，汽輪機控制油和汽輪機潤滑油用油量635L/min，故潤滑油消耗量為1830+635＝2465L/min，按1.2倍設計余量計算，機組潤滑油總消耗量為2465×1.2＝2958L/min。機組油泵的流量為3454L/min，余量有近500L/min。低壓缸兩端軸瓦座擴孔后，增加的油量為50L/min，再乘以1.2倍的設計余量，共計增加油量50×1.2＝60L/min，余量500-60＝440L/min，所以擴孔后油泵供油量仍能滿足需求。在供油量滿足要求的情況下，則不會發生偏流。

 

同時，為了能讓進入軸瓦座的油更容易進入瓦面，在軸瓦瓦面進油端人工刮研油楔。將瓦面刮研掉0.03mm，形成寬度為4~5mm的油楔面，見圖5。

第二次試機

2020年9月15日回裝后，引氮氣進入系統，采用氮氣工況試機。按暖機曲線升速，一階段暖機轉速800r/min，暖機1h，壓縮機軸瓦振動、溫度正常；二階段暖機速度1500r/min，暖機1h，壓縮機軸瓦振動、溫度正常。暖機結束，繼續升速并快速沖過臨界轉速后，速度穩定在最低止點轉速3913r/min，低壓缸驅動端支撐軸瓦溫度上升并穩定在99.5℃，非驅動端支撐軸瓦溫度上升并穩定在102℃，同轉速下分別比8月5日空負荷試車時的軸瓦溫度高1℃和4℃。由于在3913r/min時，壓縮機五段出口壓力已達到2.2MPa，即氮氣工況的極限值，因此停止提速。但通過之前空負荷試車的轉速與軸瓦溫度對應關系推斷，如升到額定轉速4892r/min，低壓缸兩端支撐瓦軸瓦溫度肯定還是會超過120℃。通過此次試車，證明加大油量對降低軸瓦溫度作用不明顯。為了驗證軸與瓦間隙對軸瓦溫度的影響，轉速穩定在3913r/min時，手動啟動壓縮機的液壓頂升油泵。油泵啟動后，低壓缸兩端軸瓦溫度快速下降了7℃，并趨于穩定。

停機降溫后，再次拆檢，結果顯示，軸瓦的接觸情況良好，說明軸瓦安裝良好。低壓缸非驅動端和驅動端支撐瓦下軸瓦的情況分別見圖6和圖7。

需要說明的是，壓縮機啟動時，軸的扭矩最大，軸對軸瓦的壓力最大，所以在啟動瞬間，軸對軸瓦的磨損最大。隨著壓縮機規模不斷增大，轉子質量隨之增大，磨損問題就更為凸顯。為了有效緩解此問題，采用液壓頂升的辦法，即啟動壓縮機前，先啟動頂升油泵，使高壓的潤滑油通過支撐瓦底部的進油孔把壓縮機軸平行頂高約10μm，在軸瓦與軸之間建立10μm厚強支撐油膜，這樣一方面可減少壓縮機啟動時軸與軸瓦間的摩擦，另一方面又可降低啟動扭矩。待壓縮機運轉起來，軸與軸瓦的油膜建立正常后，再停下頂升油泵。此方法在很多大型機械上都有應用。上述在壓縮機高速運行期間啟動頂升油泵的操作，屬于非常規操作，存在振動急劇加大的風險，只是為了印證瓦間隙變大后，油溫是否有明顯下降的一個變通作法。

第二次試機后原因分析及處理措施

受頂升油泵啟動后軸瓦溫度下降明顯的啟發，進行了以下調整工作：壓縮機低壓缸前、后支撐軸瓦間隙從原設計軸徑（φ240mm）的1.7‰擴大至2‰（標準規定可傾瓦軸瓦間隙的正常范圍一般為軸徑的1.2‰~2‰，因此，該壓縮機低壓缸支撐軸瓦間隙最大允許值為0.48mm），但軸瓦間隙調大后，軸受約束間隙變大，可能造成軸的振動變大。觀察之前2次開機時低壓缸兩端軸的振動，其值在額定轉速4892r/min時穩定維持在10~18μm范圍內（聯鎖停機值為80μm），振動較小。因此，調大軸瓦間隙后，即使振動值稍微變大也能在接受范圍內。最終間隙調整如表2所示。

 

第二次試機后，將低壓缸的兩端支撐瓦間隙從0.4mm調到0.47mm。由于該機組涉及系統龐大，開停工序復雜，工作量大，物耗高，為避免反復開停機，在調整低壓缸軸瓦間隙時，同時也對中、高壓缸軸瓦間隙進行了適當的放大調整。

 

通過之前的油泵供油量計算可知，油泵仍有440L/min的余量，為進一步降低軸瓦溫度，此次直接拆除低壓缸溫度高的軸瓦兩側的進油節流塞（1塊軸瓦兩側各有1個節流塞，2塊超溫的軸瓦共有4個，節流塞外徑φ12mm）。將上述數值代入式（1），計算可得：孔徑φ12mm時，進油量約為128L/min，比之前孔徑φ7mm時的65L/min增加了63L/min，兩端軸瓦座進油量增加了126L/min，仍在440L/min余量范圍內。

第三次試機

2020年9月22日，引天然氣作為壓縮介質開機，仍按程序暖機，暖機完成后，提速到3913r/min，低壓缸驅動端支撐軸瓦溫度上升并穩定在82.9℃，非驅動端支撐軸瓦溫度上升并穩定在79.1℃，同轉速下比9月15日試機時軸瓦溫度分別下降了17℃和23℃。繼續提升轉速到額定轉速4892r/min，低壓缸驅動端支撐軸瓦溫度隨之上升并穩定在90.8℃，非驅動端支撐軸瓦溫度沒有明顯上升，穩定在79.8℃。

 

至此，經過1個多月的反復計算、調整和試驗，裂解氣壓縮機低壓缸兩端支撐軸瓦溫度高的問題得到了有效解決，軸瓦溫度降到了預期的溫度范圍。

結語及建議

引起軸瓦溫度高的因素不多，相對于軸振動高的問題更容易找到主要原因。解決問題過程中，第一次停機調整軸瓦間隙受限于設計值，因不敢超出設計值，故沒有對軸瓦間隙進行調整，在軸瓦間隙不變的情況下，雖然加大了進入軸瓦座的進油量，但最終進入軸瓦間隙的油量并沒有明顯增加，軸瓦瓦面溫度自然也不會下降。為了印證軸瓦間隙對油溫的影響，第二次停機前，啟動了頂升油泵，增大了軸瓦間隙，軸瓦溫度下降明顯。得到印證后，第二次停機調整就直接把軸瓦間隙調大了0.07mm，等于擴大了進入軸瓦油道的截面積，使油的通過量增大、撤熱能力提升，軸瓦摩擦熱量能及時被油帶走，可將軸瓦溫度控制在90℃以內。

 

因此有以下幾點建議：

1）進口軸瓦供應商提供軸瓦間隙上限為軸徑的1.7‰，主要是為了防止軸振動大而設置的，但隨著國內機加工水平的不斷提高，轉子的動平衡已做得非常好，不需通過軸瓦間隙來控制其振動值的大小，軸瓦間隙過小反而不利于其撤熱。因此，對于動平衡好、振動值小的轉子，軸瓦的間隙宜放大到軸徑的1.9‰~2‰。

 

2）在軸瓦座的進油口設置節流塞是為了減少進入軸瓦的油量，起到節能的作用，但相比42579kW壓縮機軸瓦的長周期運行，其能耗是微乎其微的，而若因撤熱不足造成軸瓦運行周期縮短，則反而得不償失。由此建議取消軸瓦座進油口的節流塞。

 

3）該機組由于暖機時間較長（2h），而低速下軸瓦表面形成油膜不好，因此每次暖機過程都會對軸瓦有一定的損傷。故將開機時頂升油泵停泵設定轉速從600r/min改到1800r/min，即等暖機完成開始升速時才停止頂升油泵。同時，為了避免停機低速惰走期（約10min）對軸瓦造成磨損，將停機時頂升油泵啟動設定轉速500r/min改到1500r/min。