孔 勇

（中國石油烏魯木齊石化公司檢維修中心，新疆烏魯木齊 830019）

1 概述及問題的提出

化肥廠一合成車間4111K2氮?dú)鈮嚎s機(jī)與化肥廠二尿素車間102J二氧化碳?jí)嚎s機(jī)是兩臺(tái)冷凝式蒸汽透平驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)組，在2019年3月4111K2機(jī)組由于低壓缸定期中修，檢查軸瓦，檢修中發(fā)現(xiàn)推力瓦塊出現(xiàn)大小不規(guī)則凹坑，嚴(yán)重的瓦塊巴氏合金與瓦塊金屬基剝離，推力盤外圓面也有似金屬噴砂后痕跡。

相似情況在2012年7月102J檢修中發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)高、低壓缸之間增速及軸系4處及軸瓦出現(xiàn)了類似的現(xiàn)象和問題。上述兩臺(tái)機(jī)組軸系和軸瓦出現(xiàn)的現(xiàn)象對(duì)于機(jī)組的安全運(yùn)行是極大的隱患，而對(duì)此現(xiàn)象的消除和故障徹底解決，現(xiàn)象產(chǎn)生的原因分析尤為重要。

2 原因的分析2.1 定性分析

從檢修中更換下的瓦塊損壞的現(xiàn)象和軸系表現(xiàn)的情況，與酸腐蝕和化學(xué)腐蝕造成情況非常接近，但是實(shí)際上故障部位工作中接觸的是潤滑油，不存在酸腐蝕和化學(xué)腐蝕的條件。而且損壞部位瓦塊上的凹坑表現(xiàn)出了以下明顯的特征：①凹坑底部成圓形，外表光澤；②凹坑出現(xiàn)在瓦塊與軸系接觸部位；③軸與軸承接觸部位表面像噴過沙一樣。成銀灰色，失去金屬表面的光澤。見表1。通過查閱資料，確定損傷部位表現(xiàn)的特征與電火花放電造成的凹坑特征吻合，推力瓦塊出現(xiàn)的損傷是多次電火花放電造成凹坑的重疊，所以排除了酸腐蝕與化學(xué)腐蝕的可能，確定故障由軸電流放電形成電火花造成。

表1 兩種凹坑特征對(duì)比表

2.2 軸電流的形成原因和類型

軸電流的形成除了外部對(duì)轉(zhuǎn)子施加一定的電位之外，大多數(shù)是由于以下幾種因素感應(yīng)而產(chǎn)生：

（1）軸的磁化效應(yīng)。轉(zhuǎn)子由于焊接、摩擦、碰撞以及電渦流裝置均可能使設(shè)備帶有磁性，并建立起磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割導(dǎo)體會(huì)在這些零件內(nèi)感應(yīng)起一定電位。當(dāng)電位升高到足以擊穿油膜時(shí)，就形成電流回路。這種電流回路可能穿過整個(gè)轉(zhuǎn)子，也可能僅在軸承中或浮環(huán)密封中形成局部短路電流，軸承或浮環(huán)中的短路電流又會(huì)產(chǎn)生新的磁場(chǎng)，磁化轉(zhuǎn)軸或其他零件。因此，這種磁電相互轉(zhuǎn)換，會(huì)在機(jī)組內(nèi)部形成很強(qiáng)的磁場(chǎng)，出現(xiàn)帶電現(xiàn)象，最終形成對(duì)地電位；

（2）對(duì)于蒸汽透平–壓縮機(jī)組，由于水蒸氣粒子碰撞與摩擦造成靜電效應(yīng)。高溫蒸汽溫度降低時(shí)會(huì)發(fā)生正負(fù)電荷分離，隨著蒸汽沖擊葉片，電荷就積聚到轉(zhuǎn)軸上，水蒸氣粒子對(duì)轉(zhuǎn)子葉片的碰撞和摩擦將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生靜電效應(yīng)而帶電，形成軸電位。這種情況在冷凝式蒸汽透平由于末幾級(jí)中濕含量很高表現(xiàn)得尤為突出，本文概述中問題設(shè)備驅(qū)動(dòng)透平形式為冷凝式，而在背壓式蒸汽透平中較少發(fā)生[2]；

（3）離心壓縮機(jī)和蒸汽透平轉(zhuǎn)子工作時(shí)也可能因潤滑油引起帶電，當(dāng)潤滑油通過過濾網(wǎng)時(shí)，由于濾網(wǎng)的通路很小， 油分子和濾網(wǎng)的摩擦?xí)?dǎo)致分子帶電，由于潤滑油基本上是非導(dǎo)電介質(zhì)，在通過相當(dāng)長時(shí)間的接地管路之后，油分子仍能保持帶電，并把電荷轉(zhuǎn)移到被潤滑的軸頸表面和止推盤表面而產(chǎn)生軸電位。

2.3 軸電流對(duì)機(jī)組的危害

機(jī)組在運(yùn)行過程中動(dòng)靜部件通過軸頸與軸承處的油膜隔開通過油膜與靜止部分絕緣，即整個(gè)轉(zhuǎn)子由于第二部分所述三種電位的存在，使得轉(zhuǎn)子存在對(duì)地電壓，當(dāng)對(duì)地電壓升高的某一數(shù)值，就會(huì)在電阻最小的區(qū)域擊穿，從而發(fā)生電火花放電，而在我們使用的機(jī)組中這些區(qū)域就是軸承的承載面、齒式聯(lián)軸器的工作面、浮環(huán)密封面。直接造成以下后果：①徑向軸承巴氏合金凹坑，軸頸光潔度下降，使得承載潤滑油膜不穩(wěn)定，誘發(fā)高速運(yùn)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生油膜渦動(dòng)使得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不穩(wěn)定，使得油膜電阻下降，進(jìn)一步加劇了電火花放電，最終使軸承失效，轉(zhuǎn)子受損。②潤滑的金屬微粒進(jìn)入潤滑油，污染潤滑油，使得潤滑油膜電阻下降，加速電火花侵蝕的速度。③浮環(huán)軸封的損壞，造成介質(zhì)泄漏事故。④止推軸承的電火花損傷主要是由于油膜過薄引起，而推力軸承損壞后將造成重大的設(shè)備事故。

3 防治措施

通過查找資料，確定引起軸承電流損傷的電壓在20V以上，典型的軸承損傷電壓在30~100V，所以通過限制電壓升高，控制電壓在1V以下，就可以消除軸電流帶來的故障，其主要方法有以下幾種：①使用接地裝置，目前我廠普遍使用碳刷、金屬滑靴等裝置導(dǎo)通轉(zhuǎn)子與大地，消除對(duì)地電壓，這種措施簡(jiǎn)單是普遍采用的方法；②采用電離空氣或高導(dǎo)電性潤滑油；③使機(jī)器零件絕緣，但措施實(shí)施困難大，實(shí)際應(yīng)用少；④對(duì)于蒸汽透平產(chǎn)生靜電，控制蒸汽的品質(zhì)也是一直有效方法；⑤對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)過程中已經(jīng)發(fā)生軸電流侵蝕的機(jī)組，改變油膜厚度的方法（改變有的黏度、供應(yīng)量），實(shí)踐證明有效。⑥消除轉(zhuǎn)子磁性，電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)檢修期間測(cè)量軸是否具有磁性，從而確定軸電流是否是該因素引起，檢修時(shí)更換潤滑油等措施都可以有效地防治和降低軸電流過高的風(fēng)險(xiǎn)。

4 我廠故障設(shè)備采取的防治措施及實(shí)際情況

我廠二尿素102J二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組防治措施是采用靜電接地刷裝置，但在檢修中拆卸下的電刷情況如圖1，從圖1可以看電刷已經(jīng)基本失效，檢修時(shí)更換靜電接地刷如下圖2。而一合成車間4111K2機(jī)組接地碳刷在檢修檢查電纜接點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)接點(diǎn)松動(dòng)。兩種情況出現(xiàn)就使得接地裝置起不到作用，最終使得電位升高到足以擊穿油膜電阻，發(fā)生電火花放電。這些問題的出現(xiàn)可以完全而且有力的證明軸承、軸故障是由于軸電流引起電火花侵蝕造成。

圖1 損壞的靜電接地刷

圖2 更換的修復(fù)靜電接地刷

5 結(jié)束語

通過觀察故障表征，分析、總結(jié)了故障產(chǎn)生的機(jī)理，確認(rèn)造成故障的直接原因?yàn)榻拥貍浼母鼡Q不及時(shí)，檢修時(shí)對(duì)細(xì)節(jié)檢查不到位，造成機(jī)組零部件的損傷，如果繼續(xù)發(fā)展可能造成嚴(yán)重的設(shè)備事故，而損傷備件的價(jià)格與接地裝置價(jià)格比是非常大的，所以不管是從設(shè)備的安全長周期運(yùn)行考慮，還是從經(jīng)濟(jì)效益及生產(chǎn)成本等諸多方面考慮，定期定時(shí)更換接地裝置非常必要的，也是機(jī)組檢修時(shí)的檢修重點(diǎn)。