甄延明

（中國石油遼陽石化分公司，遼寧遼陽 111003）

0 前言

硝酸四合一機(jī)組是雙加壓法硝酸生產(chǎn)工藝的核心設(shè)備，由蒸汽透平、氧化氮壓縮機(jī)、二級減速機(jī)、空氣壓縮機(jī)、尾氣透平組成，其中蒸汽透平和尾氣透平為供能設(shè)備，氧化氮壓縮機(jī)和空氣壓縮機(jī)為耗能設(shè)備，本文以中國石油遼陽石化分公司11.66萬t/a硝酸裝置四合一機(jī)組為例，總結(jié)分析各類問題的原因并提出對策，為硝酸裝置四合一機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行及檢修和維修工作提供經(jīng)驗(yàn)。

1 已解決的問題及機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)況

遼陽石化分公司11.66萬t/a硝酸裝置四合一機(jī)組，自2004年11月開車以來已運(yùn)行12 a，在開車之初的2年內(nèi)經(jīng)歷非計(jì)劃停車30余次，針對造成非計(jì)劃停車的各類問題已進(jìn)行過改進(jìn)，問題及改進(jìn)措施有6各方面。

（1）蒸汽透平和尾氣透平2臺供能設(shè)備，無法滿足氧化氮壓縮機(jī)和空氣壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下正常運(yùn)行，導(dǎo)致空氣壓縮機(jī)運(yùn)行工況效率較低，相對耗能較大。,采取的措施為摘掉空氣壓縮機(jī)最后一級動(dòng)葉，在滿足裝置滿負(fù)荷運(yùn)行及開車工況的前提下，空氣壓縮機(jī)效率提高3%～5%，減少耗能約200 kW。保證了氧化氮壓縮機(jī)和空氣壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況下正常運(yùn)行。

（2）氧化氮壓縮機(jī)中分面加工精度不夠，上下中分面間隙在0.03～0.5 mm，高壓端由于熱變形等原因，最大間隙值達(dá)到0.5 mm，導(dǎo)致中分面頻繁泄漏。采取的措施為在上中分面開一圈4.5 mm×4 mm的溝槽，內(nèi)鑲直徑5.8 mm的氟23密封膠條，中分面采用耐高溫且耐腐蝕的硅酮樹脂密封膠，螺栓采用液壓扳手緊固，使緊力均勻且達(dá)到密封要求，解決了氧化氮壓縮機(jī)的泄漏問題。

（3）空氣壓縮機(jī)軸瓦和減速機(jī)軸瓦溫度偏高造成機(jī)組多次停車。所采取的措施為將軸瓦間隙值調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)值上限，調(diào)整瓦口油封片間隙，增大潤滑油流量，更多的帶走軸承熱量，調(diào)整底瓦的安裝高度，保證轉(zhuǎn)子對中值及運(yùn)行位置。處理后軸瓦運(yùn)行溫度均＜80℃。

（4）機(jī)組聯(lián)鎖設(shè)定不合理，由于單點(diǎn)溫度或振值偏高導(dǎo)致停車，后經(jīng)分析確定單點(diǎn)溫度或振值偏高并不能代表機(jī)組處于必須停車的狀態(tài)，有時(shí)可能出現(xiàn)探頭故障導(dǎo)致的假值。所采取的措施為將每塊軸瓦的瓦溫及每點(diǎn)的軸振動(dòng)聯(lián)鎖改為2取2，并將壓縮機(jī)喘振保護(hù)系統(tǒng)與聯(lián)鎖停車系統(tǒng)剝離，修改完善PLC中的邏輯關(guān)系。避免了由于聯(lián)鎖設(shè)定不合理而造成的頻繁停車。

（5）軸承箱油封漏油及由于氧化氮?dú)怏w滲漏造成的潤滑油變色、酸值增高，且長時(shí)間運(yùn)行會(huì)對氧化氮壓縮機(jī)聯(lián)軸器M6螺栓造成腐蝕。所采取的措施為在軸承箱每組油封第二道油封片處引入氮?dú)獠⒏淖兊诙烙头馄娜薪欠较?，對軸承箱做微氮保護(hù)，防止油封漏油及氧化氮?dú)怏w滲入軸承箱，另一方面在氧化氮壓縮機(jī)兩端引入兩級密封氣（一級為一次空氣，二級為公用風(fēng)），防止氧化氮?dú)怏w外漏。實(shí)施后取得較好的效果。

（6）蒸汽透平真空度建立困難，真空度偏低，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常開車與運(yùn)行。采取的措施為將原來的三級低壓噴射器改為三級中壓噴射器，提高抽氣效率，另一方面在破真空閥低點(diǎn)排凝管線上加閥門，防止從破真空閥排凝管線漏氣影響機(jī)組真空度。實(shí)施后徹底解決了影響機(jī)組運(yùn)行的真空度問題。

現(xiàn)在從實(shí)際運(yùn)行情況來看，本套四合一機(jī)組運(yùn)行較為平穩(wěn)，并連續(xù)創(chuàng)造了國產(chǎn)硝酸四合一機(jī)組超百天平穩(wěn)運(yùn)行的記錄，但機(jī)組經(jīng)過十幾年的運(yùn)行及機(jī)組固有因素，在機(jī)組的運(yùn)行及檢修過程中又有新問題出現(xiàn)。

2 新的問題原因及分析

2.1 運(yùn)行中的問題

（1）開車過程中曾出現(xiàn)蒸汽透平主汽門開啟后，瞬間達(dá)到最大開度，四合一機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速升高，完全不受505控制系統(tǒng)的升速邏輯控制，采取打閘停車措施，但速關(guān)油卸掉后又迅速建立起來，主汽門開度又達(dá)到最大，后采取扳住打閘停車扳手，保持卸掉速關(guān)油的狀態(tài)，迅速手動(dòng)關(guān)閉主蒸汽閥，才避免飛車的發(fā)生。

分析原因后發(fā)現(xiàn)，由于主蒸汽閥零點(diǎn)滯后于電液轉(zhuǎn)換器的電信號零點(diǎn)及潤滑油含微小顆粒雜質(zhì)，造成505控制系統(tǒng)發(fā)出升速信號后主汽門未及時(shí)打開，反饋的轉(zhuǎn)速為零，控制系統(tǒng)會(huì)不斷加電信號一直到100%開度對應(yīng)的電信號，機(jī)組主汽門會(huì)迅速達(dá)到最大開度，當(dāng)機(jī)組升速速度需要降低關(guān)小主汽門時(shí)，由于電液轉(zhuǎn)換器閥芯受雜質(zhì)阻塞，造成二次油壓無法降低，主汽門維持最大開度狀態(tài)，速關(guān)油無法卸掉，速關(guān)閥無法關(guān)閉。

（2）氧化氮壓縮機(jī)高壓端螺帽處出現(xiàn)氮氧化物氣體泄漏，后將泄漏處螺帽上孔封堵避免泄漏，但不久后氣體會(huì)從中分面螺栓與下殼體螺紋連接處漏出，對現(xiàn)場環(huán)境及員工的人身安全造成一定的影響。

檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)氮氧化物泄漏的原因?yàn)?.5 mm×4 mm的溝槽未將平衡盤外側(cè)的平衡腔包含在內(nèi)，此腔體通過平衡管與入口相連，其內(nèi)部壓力為氧化氮壓縮機(jī)入口壓力0.3 MPa，出口氧化氮?dú)怏w溫度在196℃，加之殼體密封面不平等原因，氣體便會(huì)從平衡腔竄入螺栓孔處造成泄漏。

（3）空氣壓縮機(jī)止推軸承主推側(cè)瓦塊磨損嚴(yán)重，磨損量≥0.4 mm，運(yùn)行中單點(diǎn)溫度高達(dá)106℃，已達(dá)到報(bào)警值，后更換幾次主推側(cè)瓦塊，滿負(fù)荷情況下運(yùn)行周期僅為100 d，制約著機(jī)組的長周期運(yùn)行，止推瓦塊也成為易損件，增加運(yùn)行成本。

由于軸流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)過前期的改造，尾氣透平靜葉軸承漏氣量減少，造成空氣壓縮機(jī)與尾氣透平軸向力平衡不好，推力盤表面磨損造成平整度達(dá)不到要求，且無法在現(xiàn)場人工處理，致使空氣壓縮機(jī)主推側(cè)軸向力偏大，瓦塊表面形成的油楔無法承受巨大的軸向力造成軸承瓦塊磨損，隨著磨損的加劇，無法形成具有承載力的油契，僅可形成普通潤滑油膜，磨損會(huì)進(jìn)一步加劇，瓦溫升高速度會(huì)進(jìn)一步加快。

（4）尾氣透平排氣溫度升高，由起初的140℃升高到160℃，工作效率下降，熱能回收減少，導(dǎo)致蒸汽透平耗汽量增加。由于尾氣透平第一級靜葉為可調(diào)靜葉，其靜葉軸承為石墨軸承，在360℃以上的高溫大流量尾氣中工作，壽命嚴(yán)重縮短，內(nèi)部石墨全部脫落，造成漏氣量增加，工作效率嚴(yán)重下降。

2.2 檢修中的問題及原因分析

（1）在氧化氮壓縮機(jī)更換徑向軸瓦的檢修過程中，曾出現(xiàn)過開車時(shí)盤車電機(jī)過載跳閘，開車后高壓端氧化氮?dú)怏w出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏的現(xiàn)象。原因分析：更換氧化氮壓縮機(jī)兩端徑向瓦時(shí)并未對氧化氮壓縮機(jī)揭蓋檢修，更換徑向瓦后轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置無法確定，造成支撐瓦下沉，轉(zhuǎn)子高壓端平衡盤氣封片及軸端氣封片與下殼體接觸，氣封片損壞嚴(yán)重導(dǎo)致氧化氮?dú)怏w嚴(yán)重泄漏。

（2）在尾氣透平的檢修過程中，發(fā)現(xiàn)靜葉承缸底部與動(dòng)葉發(fā)生碰磨，后將靜葉承缸裝配高度降低0.2 mm解決了碰磨問題。高壓端徑向瓦經(jīng)幾次更換瓦塊后，發(fā)現(xiàn)每次都會(huì)出現(xiàn)下瓦塊及軸承箱下油封片磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，且運(yùn)行初期溫度較高，運(yùn)行后期伴隨著油封漏油及徑向瓦潤滑油量增加的現(xiàn)象。

由于尾氣透平轉(zhuǎn)子與空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子為剛性聯(lián)軸器連接，且尾氣透平高壓端徑向軸承支座為靜態(tài)支座（與機(jī)體分離，不隨機(jī)組殼體溫升而向上浮動(dòng)），而空氣壓縮機(jī)高壓端徑向軸承支座與機(jī)殼連接，隨機(jī)組殼體溫升而向上浮動(dòng)，但按廠家提供的冷態(tài)找正曲線（尾氣透平轉(zhuǎn)子比空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在豎直方向上高出0.18 mm）安裝找正后，運(yùn)行過程中空氣壓縮機(jī)徑向瓦支座上浮量并未達(dá)到0.18 mm，造成原本2塊瓦承受的轉(zhuǎn)子重量完全由尾氣透平高壓端徑向瓦單獨(dú)承受，油膜無法正常形成，瓦面巴氏合金被均勻磨掉，尾氣透平高壓端轉(zhuǎn)子下沉，靜葉承缸底部與動(dòng)葉輕微碰磨，下油封片磨損上油封片間隙增大導(dǎo)致漏油，徑向瓦瓦口下油封片磨損上油封片間隙增大，導(dǎo)致潤滑油量增加。

3 針對新問題采取的措施

3.1 運(yùn)行中的問題解決措施

（1）針對開車過程中主蒸汽閥開度無法控制的問題采取2項(xiàng)措施。①保證潤滑油無雜質(zhì)，機(jī)組檢修時(shí)采取用面粘等措施清理軸承箱內(nèi)雜物，避免檢修過程中對潤滑油造成的污染，油過濾器壓差高時(shí)及時(shí)更換有過濾器濾芯，定期啟動(dòng)濾油機(jī)清除潤滑油中雜質(zhì)，保證潤滑油的質(zhì)量。②在機(jī)組開車前對蒸汽透平調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)校，保證電液轉(zhuǎn)換器電信號和二次油信號及主汽門開度呈線性對應(yīng)關(guān)系，避免主蒸汽閥零點(diǎn)偏離電液轉(zhuǎn)換器電信號零點(diǎn)，電信號、二次油壓力、主汽門開度對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 電信號、二次油壓力和主汽門開度對應(yīng)關(guān)系

（2）針對氧化氮壓縮機(jī)中分面高壓端出現(xiàn)泄漏的問題，在條件允許的情況下可將上殼體4.5 mm×4 mm的溝槽向外側(cè)延伸，將平衡盤外側(cè)的平衡腔包含在內(nèi)，可從根本上解決泄漏問題，但由于條件限制，此措施還未實(shí)施，現(xiàn)階段采取的措施是保證高壓端膠層的厚度及固化效果，保證螺栓的緊力均勻且中分面密封膠被均勻擠出，從而保證密封效果。

（3）針對空氣壓縮機(jī)止推軸承主推側(cè)瓦塊磨損嚴(yán)重的問題，在條件允許的情況下首先應(yīng)對機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)改造，使空氣壓縮機(jī)和尾氣透平的軸向力能夠大部分抵消，減少作用在止推軸承上的軸向力。另一方面對推力盤進(jìn)行處理或更換，改善止推軸承的工作環(huán)境，有效延長止推軸承壽命。但由于條件限制，現(xiàn)階段只能采取定期更換止推瓦塊，操作上嚴(yán)格控制機(jī)組負(fù)荷和潤滑油溫度，從而控制軸向力不至于過大。在保證轉(zhuǎn)子振值穩(wěn)定的前提下，按35℃左右的下限溫度來控制潤滑油溫度，從而保持油膜厚度降低軸瓦溫度，減少瓦塊的磨損，延長軸承使用壽命。

（4）針對尾氣透平工作效率下降，排氣溫度不達(dá)標(biāo)的問題，條件允許的情況下可對尾氣透平進(jìn)行改造，在級間增加梳齒密封控制各級漏氣量，提高工作效率。由于條件受限，現(xiàn)階段所能采取的措施，只是對調(diào)節(jié)級的32套靜葉軸承及密封O形環(huán)進(jìn)行更換，靜葉軸承采用密封性及使用壽命更好的陶瓷軸承，密封O形環(huán)采用更耐老化和更耐高溫的氟Viton材料，從根本上解決調(diào)節(jié)級漏氣的問題，降低了排氣溫度，熱回收率提高?，F(xiàn)排氣溫度由160℃降到140℃，進(jìn)排氣溫差可達(dá)到210℃，蒸汽透平節(jié)汽達(dá)0.5 t/h以上，吸收塔內(nèi)吸收壓力提高0.3 MPa以上。

3.2 檢修中的問題解決措施

（1）針對機(jī)組不開蓋更換徑向軸承無法確定轉(zhuǎn)子實(shí)際位置，容易造成動(dòng)、靜部件碰磨的現(xiàn)象，現(xiàn)機(jī)組檢修不開蓋更換兩側(cè)或單側(cè)徑向瓦時(shí)采取的措施為，首先將上半軸承體拆掉，用百分表記錄軸的原始位置讀數(shù)，然后安裝抬軸器，輕輕提起表針，用抬軸器將軸抬起，取出舊軸承的下半軸承體安裝新軸承的下半軸承體，落軸并輕輕放下表針，記錄軸的新位置讀數(shù)，比較2次的讀數(shù)從而判斷新軸承下半軸承體瓦背調(diào)整塊高度調(diào)整值，保證轉(zhuǎn)子檢前檢后狀態(tài)一致，既減少了工作量，又保證了檢修質(zhì)量。

（2）針對尾氣透平靜葉承缸底部與動(dòng)葉發(fā)生碰磨，高壓端油封下油封片磨損及徑向軸承下半軸承瓦塊磨損的現(xiàn)象，究其根本原因是廠家提供的冷態(tài)找正曲線不夠精準(zhǔn)，機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行找正曲線，要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況及尾氣透平各部位磨損情況及磨損值，測算尾氣透平轉(zhuǎn)子對輪比空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子對輪在豎直方向上高出的值應(yīng)＜0.18 mm，本套機(jī)組實(shí)際值在0.05 mm?？紤]到尾氣透平靜葉承缸已下調(diào)0.2 mm，入口端徑向下瓦已磨損到配合尺寸，運(yùn)行時(shí)不再出現(xiàn)瓦溫高的現(xiàn)象，雖然實(shí)測間隙值超標(biāo)，但根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，不對其進(jìn)行更換調(diào)整，尾氣透平與空氣壓縮機(jī)對中值也未做整體調(diào)整（入口端徑向下瓦磨損后已達(dá)到比較好的對中狀態(tài)）?，F(xiàn)采取的措施是對油封體上油封片及徑向瓦瓦口的上油封片進(jìn)行研磨并重新與軸研配，使其與軸配合尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)，避免油封漏油及軸瓦潤滑油量過大。若更換新徑向軸承時(shí)，可依照3.2（1）中方法來調(diào)整安裝新徑向軸承，從而保證轉(zhuǎn)子的對中狀態(tài)及軸與軸承的配合精度。

4 結(jié)語

中國石油遼陽石化分公司11.66萬t/a硝酸裝置四合一機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)況及存在問題，對機(jī)組開車之初、機(jī)組后期運(yùn)行及機(jī)組日常檢修時(shí)所出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入分析，并提出有效對策，對本套及同類四合一機(jī)組的運(yùn)行及維修提供經(jīng)驗(yàn)，在保證四合一機(jī)組的長周期運(yùn)行及高效檢修等方面價(jià)值極高。