李 恒

(中科(廣東)煉化有限公司，廣東 湛江 524000)

1 機(jī)組概況

80萬(wàn)t/a乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)由低壓缸、中壓缸和高壓缸3個(gè)缸組成，分成五段對(duì)裂解氣進(jìn)行壓縮。低壓缸實(shí)現(xiàn)一段壓縮，入口壓力為0.026 MPa(表)，出口壓力為0.158 MPa(表)；中壓缸實(shí)現(xiàn)二、三段壓縮，三段出口壓力為0.862 MPa(表)；高壓缸實(shí)現(xiàn)四、五段壓縮，五段出口壓力為3.8 MPa(表)。3個(gè)缸額定功率分別為7 776、14 727、16 206 kW，額定轉(zhuǎn)速為4 892 r/min。壓縮機(jī)由抽汽凝汽式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)額定功率為42 579 kW。3個(gè)缸排列情況見(jiàn)圖1。

圖1 3個(gè)缸的排列示意

壓縮機(jī)采用可傾瓦支撐軸承(通常由3～5個(gè)或更多個(gè)能在支點(diǎn)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(lèi)型的軸瓦，支撐軸瓦型號(hào)為φ240×168 LG.W/HYDROSTATIC LIFT(有液壓頂升)，推力瓦型號(hào)為φ381(10)×(10)PAD；高壓缸支撐軸瓦型號(hào)為T(mén)PJ BEARING(無(wú)液壓頂升)，止推瓦型號(hào)為φ304.8(8)×(8)PAD。壓縮機(jī)與汽輪機(jī)、壓縮機(jī)各缸之間都采用Kop-flex 公司提供的膜盤(pán)聯(lián)軸器直接聯(lián)接。

壓縮機(jī)與汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油、頂升油和控制油采用聯(lián)合油站供油，油泵功率為132 kW，泵流量為3 454 L/min。

2 第一次試機(jī)情況

2020年8月5日壓縮機(jī)空氣無(wú)負(fù)荷(出入口連通大氣)初次試機(jī)，按暖機(jī)曲線升速，一階段暖機(jī)轉(zhuǎn)速800 r/min，暖機(jī)1 h，壓縮機(jī)軸振動(dòng)、軸瓦溫度正常；二階段暖機(jī)速度1 500 r/min，暖機(jī)1 h，壓縮機(jī)軸瓦振動(dòng)、溫度正常。暖機(jī)結(jié)束，繼續(xù)升速并快速?zèng)_過(guò)臨界轉(zhuǎn)速后，速度穩(wěn)定在最低止點(diǎn)轉(zhuǎn)速3 913 r/min，低壓缸兩端支撐瓦的下軸瓦(順著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)向的第一塊底瓦)，溫度從54 ℃同時(shí)升到98 ℃并穩(wěn)定在該溫度。在該轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行1 h后，繼續(xù)升速到額定轉(zhuǎn)速4 892 r/min，這兩塊軸瓦的溫度分別上升到118 ℃(驅(qū)動(dòng)端TIA22308)和122 ℃(非驅(qū)動(dòng)端TIA22306)，具體位置見(jiàn)圖2。從壓縮機(jī)CCS系統(tǒng)調(diào)出轉(zhuǎn)速與軸瓦溫度的趨勢(shì)曲線進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：軸瓦溫度隨轉(zhuǎn)速上升而同步上漲；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，軸瓦溫度也穩(wěn)定；降低轉(zhuǎn)速，軸瓦溫度也同步下降；停機(jī)后，軸瓦溫度恢復(fù)到常溫。由此可以判斷，軸瓦溫度顯示值為真實(shí)值。額定轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)軸瓦溫度不宜超過(guò)90 ℃(軸瓦溫度高報(bào)警值105 ℃，高高報(bào)警值115 ℃)，汽輪機(jī)、壓縮機(jī)的中壓缸與高壓缸的軸瓦溫度在50～90 ℃正常范圍之內(nèi)，顯然，低壓缸兩端支撐軸瓦溫度超高，處于非正常狀態(tài)，需處理。

①—上軸瓦；②—下軸瓦；③—注油孔及節(jié)流塞

3 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(chǎn)生了大量的熱量；

2)軸與軸瓦間隙過(guò)小，導(dǎo)致進(jìn)入油量不足、撤熱量不足；

3)潤(rùn)滑油油質(zhì)變差，潤(rùn)滑效果變差，引起油溫上升；

4)潤(rùn)滑油供油量不足，導(dǎo)致撤熱能力不足。

停機(jī)降溫后，拆檢軸瓦，低壓缸非驅(qū)動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)端支撐瓦下軸瓦情況分別見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 第一次試機(jī)低壓缸非驅(qū)動(dòng)端支撐瓦下軸瓦

圖4 第一次試車(chē)低壓缸驅(qū)動(dòng)端支撐瓦下軸瓦

仔細(xì)檢查軸瓦和軸，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)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(nèi)。所以可以排除軸瓦存在異常摩擦。

拆裝過(guò)程用壓鉛法測(cè)量了軸瓦與軸的間隙和瓦背緊力(軸承蓋對(duì)軸瓦壓緊之力稱(chēng)為軸瓦緊力,其作用主要是保證軸瓦在運(yùn)行中穩(wěn)定，防止軸瓦在轉(zhuǎn)子不平衡力的作用下產(chǎn)生振動(dòng))，第一次試機(jī)后實(shí)測(cè)間隙值見(jiàn)表1。

表1 第一次試機(jī)后實(shí)測(cè)間隙值

從實(shí)測(cè)值可以看出：低壓缸支撐瓦間隙已調(diào)到設(shè)計(jì)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(shí)復(fù)測(cè)了支撐瓦瓦背壓緊過(guò)盈量，3個(gè)缸6個(gè)位置的過(guò)盈都在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，可以判斷軸瓦瓦背過(guò)盈情況良好。

考慮到潤(rùn)滑油系統(tǒng)供油不足或油質(zhì)變化對(duì)軸瓦溫度的影響，回查了潤(rùn)滑油系統(tǒng)的運(yùn)行情況，結(jié)果顯示，試機(jī)全過(guò)程潤(rùn)滑油系統(tǒng)供油總管壓力穩(wěn)定在0.25 MPa，供油油溫40 ℃，說(shuō)明潤(rùn)滑油系統(tǒng)供油處于一個(gè)正常且穩(wěn)定的狀態(tài)。同時(shí)，對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)采樣分析，分析結(jié)果顯示：機(jī)械雜質(zhì)為0，水分為0，運(yùn)動(dòng)粘度平均值為45.2 mm2/s，結(jié)果合格。拆檢潤(rùn)滑油油濾器，也未發(fā)現(xiàn)異常。如果系統(tǒng)供油不足或潤(rùn)滑油變質(zhì)，則其他軸瓦溫度也會(huì)高于正常值，而汽輪機(jī)、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(dǎo)致軸瓦溫度超高的具體原因，因此采取了增大進(jìn)油量以降低軸瓦溫度的措施。軸瓦進(jìn)油孔內(nèi)節(jié)流塞孔徑的大小決定了進(jìn)入軸瓦的油量。為進(jìn)一步增大支撐瓦的進(jìn)油量，對(duì)低壓缸的節(jié)流塞進(jìn)行了擴(kuò)孔，但節(jié)流塞孔徑過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油偏流，使得經(jīng)過(guò)其他軸瓦油量減小，引起其它軸瓦溫度升高。

根據(jù)軸瓦用油的經(jīng)驗(yàn)公式：

(1)

式中：Q——流量，L/min；

d——孔徑，mm；

n——孔的個(gè)數(shù)，本案例中取值為3個(gè)(只對(duì)下部2塊瓦的3個(gè)節(jié)流塞進(jìn)行擴(kuò)孔)；

ΔP——油壓，kg/cm2。

孔徑擴(kuò)孔前后的直徑d分別為φ5.5 和φ7 mm；油壓ΔP為1.1 kg/cm2，即進(jìn)入軸瓦座前的潤(rùn)滑油支管的表壓。

以上數(shù)值代入公式，分別算出孔徑φ5.5 和φ7 mm時(shí)的流量，約40和65 L/min，因此每個(gè)軸瓦座進(jìn)油量增加65-40=25 L/min，低壓缸兩端軸瓦座擴(kuò)孔后需增加油量25×2=50 L/min。經(jīng)復(fù)核，裂解氣壓縮機(jī)機(jī)組中壓縮機(jī)用油量1 830 L/min，汽輪機(jī)控制油和汽輪機(jī)潤(rùn)滑油用油量635 L/min，故潤(rùn)滑油消耗量為1 830+635=2 465 L/min，按1.2倍設(shè)計(jì)余量計(jì)算，機(jī)組潤(rùn)滑油總消耗量為2 465×1.2=2 958 L/min。機(jī)組油泵的流量為3 454 L/min，余量有近500 L/min。低壓缸兩端軸瓦座擴(kuò)孔后，增加的油量為50 L/min，再乘以1.2倍的設(shè)計(jì)余量，共計(jì)增加油量50×1.2=60 L/min，余量500-60=440 L/min，所以擴(kuò)孔后油泵供油量仍能滿(mǎn)足需求。在供油量滿(mǎn)足要求的情況下，則不會(huì)發(fā)生偏流。

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

圖5 人工刮研出的油楔面

4 第二次試機(jī)

2020年9月15日回裝后，引氮?dú)膺M(jìn)入系統(tǒng)，采用氮?dú)夤r試機(jī)。按暖機(jī)曲線升速，一階段暖機(jī)轉(zhuǎn)速800 r/min，暖機(jī)1 h，壓縮機(jī)軸瓦振動(dòng)、溫度正常；二階段暖機(jī)速度1 500 r/min，暖機(jī)1 h，壓縮機(jī)軸瓦振動(dòng)、溫度正常。暖機(jī)結(jié)束，繼續(xù)升速并快速?zèng)_過(guò)臨界轉(zhuǎn)速后，速度穩(wěn)定在最低止點(diǎn)轉(zhuǎn)速3 913 r/min，低壓缸驅(qū)動(dòng)端支撐軸瓦溫度上升并穩(wěn)定在99.5 ℃，非驅(qū)動(dòng)端支撐軸瓦溫度上升并穩(wěn)定在102 ℃，同轉(zhuǎn)速下分別比8月5日空負(fù)荷試車(chē)時(shí)的軸瓦溫度高1 ℃ 和4 ℃。由于在3 913 r/min時(shí)，壓縮機(jī)五段出口壓力已達(dá)到2.2 MPa，即氮?dú)夤r的極限值，因此停止提速。但通過(guò)之前空負(fù)荷試車(chē)的轉(zhuǎn)速與軸瓦溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系推斷，如升到額定轉(zhuǎn)速4 892 r/min，低壓缸兩端支撐瓦軸瓦溫度肯定還是會(huì)超過(guò)120 ℃。通過(guò)此次試車(chē)，證明加大油量對(duì)降低軸瓦溫度作用不明顯。為了驗(yàn)證軸與瓦間隙對(duì)軸瓦溫度的影響，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3 913 r/min時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)壓縮機(jī)的液壓頂升油泵。油泵啟動(dòng)后，低壓缸兩端軸瓦溫度快速下降了7 ℃，并趨于穩(wěn)定。

停機(jī)降溫后，再次拆檢，結(jié)果顯示，軸瓦的接觸情況良好，說(shuō)明軸瓦安裝良好。低壓缸非驅(qū)動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)端支撐瓦下軸瓦的情況分別見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 第二次試機(jī)低壓缸非驅(qū)動(dòng)端支撐瓦下軸瓦

圖7 第二次試機(jī)低壓缸驅(qū)動(dòng)端支撐瓦下軸瓦

需要說(shuō)明的是，壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)，軸的扭矩最大，軸對(duì)軸瓦的壓力最大，所以在啟動(dòng)瞬間，軸對(duì)軸瓦的磨損最大。隨著壓縮機(jī)規(guī)模不斷增大，轉(zhuǎn)子質(zhì)量隨之增大，磨損問(wèn)題就更為凸顯。為了有效緩解此問(wèn)題，采用液壓頂升的辦法，即啟動(dòng)壓縮機(jī)前，先啟動(dòng)頂升油泵，使高壓的潤(rùn)滑油通過(guò)支撐瓦底部的進(jìn)油孔把壓縮機(jī)軸平行頂高約10 μm，在軸瓦與軸之間建立10 μm厚強(qiáng)支撐油膜，這樣一方面可減少壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)軸與軸瓦間的摩擦，另一方面又可降低啟動(dòng)扭矩。待壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，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(jī)械上都有應(yīng)用。上述在壓縮機(jī)高速運(yùn)行期間啟動(dòng)頂升油泵的操作，屬于非常規(guī)操作，存在振動(dòng)急劇加大的風(fēng)險(xiǎn)，只是為了印證瓦間隙變大后，油溫是否有明顯下降的一個(gè)變通作法。

5 第二次試機(jī)后原因分析及處理措施

受頂升油泵啟動(dòng)后軸瓦溫度下降明顯的啟發(fā)，進(jìn)行了以下調(diào)整工作：壓縮機(jī)低壓缸前、后支撐軸瓦間隙從原設(shè)計(jì)軸徑(φ240 mm)的1.7‰擴(kuò)大至2‰(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jī)低壓缸支撐軸瓦間隙最大允許值為0.48 mm)，但軸瓦間隙調(diào)大后，軸受約束間隙變大，可能造成軸的振動(dòng)變大。觀察之前2次開(kāi)機(jī)時(shí)低壓缸兩端軸的振動(dòng)，其值在額定轉(zhuǎn)速4 892 r/min時(shí)穩(wěn)定維持在10～18 μm范圍內(nèi)(聯(lián)鎖停機(jī)值為80 μm)，振動(dòng)較小。因此，調(diào)大軸瓦間隙后，即使振動(dòng)值稍微變大也能在接受范圍內(nèi)。最終間隙調(diào)整如表2所示。

表2 第二次試機(jī)后實(shí)測(cè)間隙值

第二次試機(jī)后，將低壓缸的兩端支撐瓦間隙從0.4 mm調(diào)到0.47 mm。由于該機(jī)組涉及系統(tǒng)龐大，開(kāi)停工序復(fù)雜，工作量大，物耗高，為避免反復(fù)開(kāi)停機(jī)，在調(diào)整低壓缸軸瓦間隙時(shí)，同時(shí)也對(duì)中、高壓缸軸瓦間隙進(jìn)行了適當(dāng)?shù)姆糯笳{(diào)整。

通過(guò)之前的油泵供油量計(jì)算可知，油泵仍有440 L/min的余量，為進(jìn)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(cè)的進(jìn)油節(jié)流塞(1塊軸瓦兩側(cè)各有1個(gè)節(jié)流塞，2塊超溫的軸瓦共有4個(gè)，節(jié)流塞外徑φ12 mm)。將上述數(shù)值代入式(1)，計(jì)算可得：孔徑φ12 mm時(shí)，進(jìn)油量約為128 L/min，比之前孔徑φ7 mm時(shí)的65 L/min增加了63 L/min，兩端軸瓦座進(jìn)油量增加了126 L/min，仍在440 L/min余量范圍內(nèi)。

6 第三次試機(jī)

2020年9月22日，引天然氣作為壓縮介質(zhì)開(kāi)機(jī)，仍按程序暖機(jī)，暖機(jī)完成后，提速到3 913 r/min，低壓缸驅(qū)動(dòng)端支撐軸瓦溫度上升并穩(wěn)定在82.9 ℃，非驅(qū)動(dòng)端支撐軸瓦溫度上升并穩(wěn)定在79.1 ℃，同轉(zhuǎn)速下比9月15日試機(jī)時(shí)軸瓦溫度分別下降了17 ℃和23 ℃。繼續(xù)提升轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速4 892 r/min，低壓缸驅(qū)動(dòng)端支撐軸瓦溫度隨之上升并穩(wěn)定在90.8 ℃，非驅(qū)動(dòng)端支撐軸瓦溫度沒(méi)有明顯上升，穩(wěn)定在79.8 ℃。

至此，經(jīng)過(guò)1個(gè)多月的反復(fù)計(jì)算、調(diào)整和試驗(yàn)，裂解氣壓縮機(jī)低壓缸兩端支撐軸瓦溫度高的問(wèn)題得到了有效解決，軸瓦溫度降到了預(yù)期的溫度范圍。

7 結(jié)語(yǔ)及建議

引起軸瓦溫度高的因素不多，相對(duì)于軸振動(dòng)高的問(wèn)題更容易找到主要原因。解決問(wèn)題過(guò)程中，第一次停機(jī)調(diào)整軸瓦間隙受限于設(shè)計(jì)值，因不敢超出設(shè)計(jì)值，故沒(méi)有對(duì)軸瓦間隙進(jìn)行調(diào)整，在軸瓦間隙不變的情況下，雖然加大了進(jìn)入軸瓦座的進(jìn)油量，但最終進(jìn)入軸瓦間隙的油量并沒(méi)有明顯增加，軸瓦瓦面溫度自然也不會(huì)下降。為了印證軸瓦間隙對(duì)油溫的影響，第二次停機(jī)前，啟動(dòng)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(jī)調(diào)整就直接把軸瓦間隙調(diào)大了0.07 mm，等于擴(kuò)大了進(jìn)入軸瓦油道的截面積，使油的通過(guò)量增大、撤熱能力提升，軸瓦摩擦熱量能及時(shí)被油帶走，可將軸瓦溫度控制在90 ℃以?xún)?nèi)。

因此有以下幾點(diǎn)建議：

1)進(jìn)口軸瓦供應(yīng)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(dòng)大而設(shè)置的，但隨著國(guó)內(nèi)機(jī)加工水平的不斷提高，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡已做得非常好，不需通過(guò)軸瓦間隙來(lái)控制其振動(dòng)值的大小，軸瓦間隙過(guò)小反而不利于其撤熱。因此，對(duì)于動(dòng)平衡好、振動(dòng)值小的轉(zhuǎn)子，軸瓦的間隙宜放大到軸徑的1.9‰～2‰。

2)在軸瓦座的進(jìn)油口設(shè)置節(jié)流塞是為了減少進(jìn)入軸瓦的油量，起到節(jié)能的作用，但相比42 579 kW壓縮機(jī)軸瓦的長(zhǎng)周期運(yùn)行，其能耗是微乎其微的，而若因撤熱不足造成軸瓦運(yùn)行周期縮短，則反而得不償失。由此建議取消軸瓦座進(jìn)油口的節(jié)流塞。

3)該機(jī)組由于暖機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)(2 h)，而低速下軸瓦表面形成油膜不好，因此每次暖機(jī)過(guò)程都會(huì)對(duì)軸瓦有一定的損傷。故將開(kāi)機(jī)時(shí)頂升油泵停泵設(shè)定轉(zhuǎn)速?gòu)?00 r/min改到1 800 r/min，即等暖機(jī)完成開(kāi)始升速時(shí)才停止頂升油泵。同時(shí)，為了避免停機(jī)低速惰走期(約10 min)對(duì)軸瓦造成磨損，將停機(jī)時(shí)頂升油泵啟動(dòng)設(shè)定轉(zhuǎn)速500 r/min改到1 500 r/min。