梁 彬

（茂名天源石化有限公司，廣東 茂名 525011）

主風(fēng)機(jī)組是催化裂化裝置的核心機(jī)組，煙氣輪機(jī)是主風(fēng)機(jī)組能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備［1］。煙氣輪機(jī)通過高速旋轉(zhuǎn)做功，驅(qū)動軸流式壓縮機(jī)，把催化裂化裝置再生煙氣中的熱能和壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能［2］。此設(shè)備能否正常運(yùn)行關(guān)系到裝置的能量回收和平穩(wěn)生產(chǎn)。某公司120×104t/a催化裂化裝置2015年擴(kuò)容改造后，其主風(fēng)機(jī)組煙氣輪機(jī)重新投用時出現(xiàn)了止推軸瓦溫度偏高現(xiàn)象，最高時達(dá)97℃，引起裝置報警。文中介紹了催化裂化裝置停車期間對煙氣輪機(jī)進(jìn)行的故障原因分析、拆機(jī)檢查、實施的技術(shù)改進(jìn)以及重新投用后的運(yùn)行情況。

1 煙氣輪機(jī)使用概況

1.1 所屬裝置與機(jī)組

催化裝置2011-11投產(chǎn)，設(shè)計加工能力120×104t/a。主風(fēng)機(jī)組主要由煙氣輪機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、齒輪變速箱及三相異步電動/發(fā)電機(jī)組成。其中，軸流風(fēng)機(jī)由西安陜鼓動力股份有限公司設(shè)計制造，齒輪變速箱由臺朔重工股份有限公司設(shè)計制造，三相異步電動/發(fā)電機(jī)由佳木斯電機(jī)股份有限公司設(shè)計制造。

1.2 技術(shù)參數(shù)

煙汽輪機(jī)由渤海裝備蘭州石化機(jī)械廠設(shè)計制造，型號YL12000I，壓縮級數(shù)為1，輸送介質(zhì)為再生煙氣，煙氣進(jìn)口體積流量2 685 m3/min（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），其他技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 YL12000I煙氣輪機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.3 利舊改造

2015年催化裂化裝置計劃進(jìn)行增產(chǎn)提效改造，改造后加工能力提升到170×104t/a。渤海裝備蘭州石化機(jī)械廠按照催化裂化裝置170×104t/a的生產(chǎn)能力對煙氣輪機(jī)重新進(jìn)行了核算，認(rèn)為只需要更換煙氣輪機(jī)的外殼及轉(zhuǎn)子即可滿足生產(chǎn)需求。2015-12裝置擴(kuò)能改造時，對煙氣輪機(jī)同步改造，拆除并更換了新的外殼、轉(zhuǎn)子，保留了軸承箱以及軸承［3］。

1.4 運(yùn)行故障

按照安全設(shè)置，該煙氣輪機(jī)止推軸瓦超溫報警值為90℃，超溫人工停機(jī)報警值為100℃。利舊改造后，煙氣輪機(jī)試機(jī)投產(chǎn)即出現(xiàn)止推軸瓦溫度偏高現(xiàn)象。由于未到計劃檢修時間，同時考慮到溫度雖然偏高，但穩(wěn)定在95℃，沒有繼續(xù)升高的趨勢，執(zhí)行了在特護(hù)狀態(tài)下機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行處理方案。2016-08催化裂化裝置定期停車檢查期間，對其進(jìn)行了故障分析及技術(shù)改進(jìn)。

2 煙氣輪機(jī)運(yùn)行情況及影響因素分析

2.1 潤滑油系統(tǒng)

通常情況下，外部供油環(huán)境，包括潤滑油牌號選錯、進(jìn)油量不足、軸承進(jìn)油溫度偏高、潤滑油中帶水或含有其他雜質(zhì)等均有可能引起煙氣輪機(jī)機(jī)組軸承溫度偏高［4］。煙汽輪機(jī)、軸流壓縮機(jī)、齒輪變速箱及三相異步電動/發(fā)電機(jī)的三機(jī)組共用潤滑循環(huán)系統(tǒng)見圖1。機(jī)組系統(tǒng)潤滑油儲存于主油箱中，系統(tǒng)運(yùn)行時潤滑油出主油箱，經(jīng)螺桿泵壓縮并根據(jù)泵出口處潤滑油的壓力情況分為3個流路繼續(xù)循環(huán)。第1個分支流路，當(dāng)泵的出口壓力大于等于安全閥設(shè)定壓力（1.0 MPa）時，返回主油箱，完成一個循環(huán)。第2個分支流路，當(dāng)泵的出口壓力大于等于自力式調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力 （0.8 MPa）時，返回主油箱，完成一個循環(huán)。第3個分支流路，經(jīng)雙聯(lián)冷卻器（1用1備）冷卻，再經(jīng)雙聯(lián)濾器（1用1備）過濾，最后分為5個流路繼續(xù)循環(huán)。

圖1 催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)組潤滑油系統(tǒng)圖

第3個分支流路的5個分支循環(huán)流路為，①經(jīng)三閥組輸送至高位油箱，由高位油箱返回主油箱。這一路中，當(dāng)潤滑系統(tǒng)的潤滑油中斷時，可利用高位油箱差壓將潤滑油返回潤滑油總管送到各潤滑點(diǎn)，保證機(jī)組惰走期間潤滑需要。②輸送至電機(jī)各軸承點(diǎn)潤滑后匯集到回油總管返回主油箱，完成一個循環(huán)。③輸送至齒輪箱進(jìn)入各軸承點(diǎn)潤滑后匯集到回油總管返回主油箱。④輸送至主風(fēng)機(jī)各軸承潤滑點(diǎn)后匯集到回油總管返回主油箱。⑤輸送至煙氣輪機(jī)各軸承潤滑點(diǎn)后匯集到回油總管返回主油箱。

煙氣輪機(jī)技術(shù)改造前，油冷卻器進(jìn)口潤滑油溫度為51℃，出口潤滑油溫度為42.5℃,符合煙氣輪機(jī)軸承進(jìn)油溫度35～45℃的要求。取潤滑油油樣做化驗分析，檢測結(jié)果也符合相關(guān)要求，證明潤滑油產(chǎn)品是合格的［4-7］。此外，主風(fēng)機(jī)組其他設(shè)備的軸承溫度并未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。綜合判斷認(rèn)為，外部供油故障引起煙氣輪機(jī)止推軸瓦溫度偏高的可能性很小，有必要對煙氣輪機(jī)展開拆機(jī)檢查。

2.2 軸流風(fēng)機(jī)

煙氣輪機(jī)是主風(fēng)機(jī)組中的原動機(jī)，通過聯(lián)軸器帶動軸流風(fēng)機(jī)、變速箱及電機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸會隨著工作溫度的變化發(fā)生伸縮，此伸縮量會影響聯(lián)軸器工作時的位置，可能對主風(fēng)機(jī)組的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。因此，作為一項調(diào)節(jié)措施，在常溫下進(jìn)行聯(lián)軸器安裝時會預(yù)留一定的軸向距離，使轉(zhuǎn)軸處于預(yù)拉伸或預(yù)壓縮狀態(tài)，以此消除軸流風(fēng)機(jī)的影響。預(yù)留的間隙應(yīng)有合理的范圍，過小會引起振動，過大會使煙氣輪機(jī)止推軸承在工作時受到附加的軸向拉力而引起止推軸承溫度高。這個間隙既是軸流風(fēng)機(jī)軸的實際受熱伸長量，也是煙氣輪機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器預(yù)留軸端距的標(biāo)準(zhǔn)。

已知軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)口溫度33.7℃，出口溫度196.5℃，軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口間距離2.5 m，按下式計算軸承受熱伸長量［8-9］：

ΔL=αLΔt

式中，ΔL為軸長度受熱伸長量，L為軸原有長度，m；α 為軸材料受熱線膨脹系數(shù)，α=12×106℃-1。Δt為受熱前后軸溫度的變化，℃。代入數(shù)值計算，得ΔL=0.004 88 m。考慮到軸流風(fēng)機(jī)溫度從入口到出口逐漸升高的實際情況，采用算術(shù)平均溫度計算實際伸長量，最終確定的實際伸長量為ΔL/2，即 2.44 mm。

經(jīng)測量，煙氣輪機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器兩端面凸凹之間距為315 mm，中間連接節(jié)長度加上調(diào)整墊片厚度總長為312.24 mm?；跍y量數(shù)據(jù)計算的軸承端距為315－312.24=2.76(mm)，軸承端距預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)為2.44 mm，二者相差 0.32 mm，說明軸端距變大了，所以需要通過加墊片進(jìn)行調(diào)整。

2.3 止推軸承

YL12000I煙氣輪機(jī)止推軸承為金斯伯雷式軸承，實物見圖2。

圖2 止推軸承座下半部分

這種止推軸承主要部件包括止推瓦塊、上水準(zhǔn)塊（上搖塊）、下水準(zhǔn)塊（下?lián)u塊）及基環(huán)，各部件間的接觸為球面支點(diǎn)接觸。

球面支點(diǎn)接觸的優(yōu)點(diǎn)是，可以保證止推瓦塊和水準(zhǔn)塊（搖塊）自由擺動，使載荷分布均勻。當(dāng)止推盤隨軸傾斜時，推力瓦塊可通過上、下水準(zhǔn)塊自動找平，使得所有推力瓦塊保持在同一平面上，從而與推力盤形成均勻接觸，保證所有的推力瓦塊均勻承受軸向推力，避免引起局部磨損。球面支點(diǎn)接觸也有明顯的缺點(diǎn)，即沒有調(diào)整墊片，止推間隙難以通過墊片調(diào)整。

2.4 止推軸瓦

按照說明書規(guī)定，止推軸承的軸向間隙應(yīng)在0.25～0.33 mm。經(jīng)檢測，止推軸承的軸向間隙為0.18 mm，明顯偏小。通常認(rèn)為，止推軸承是依靠轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力把依附在其表面的潤滑油甩出來達(dá)到降溫的目的的。止推間隙不足時，止推盤與止推軸瓦間的油膜厚度會減小，被甩出的潤滑油相應(yīng)減少，冷卻效果就會下降，從而引起止推軸瓦溫度升高［10-12］。

拆開止推瓦塊查看，表面未見損傷，襯塊也無夾渣、氣孔、脫落及裂紋等缺陷。將襯塊放入煤油中，滲透30 min后涂白粉檢查，未見脫殼現(xiàn)象。用著色法檢查，各瓦塊的巴氏合金表面與止推盤表面接觸面積不低于75%，接觸點(diǎn)達(dá) 3～4點(diǎn)/cm,瓦塊背部承力面光潔，無燒灼、膠合及壓痕等重載痕跡。經(jīng)測量，每塊瓦塊厚度誤差小于0.01 mm,止推瓦塊各定位螺釘配合間隙正確，止推瓦塊可以自由擺動［13-14］。

綜合分析認(rèn)為，止推軸瓦軸向間隙比標(biāo)準(zhǔn)值小0.07 mm是止推軸瓦溫度偏高的主要原因。

2.5 止推盤

止推盤表面太粗糙、有溝槽或發(fā)生凸起等都可能破壞油膜，甚至磨壞瓦塊。對止推盤進(jìn)行目測和量具測量，結(jié)果表明，止推盤表面光潔平整，表面粗糙度Ra=1.8μm,未發(fā)現(xiàn)徑向溝痕，軸向溝槽深度不超過0.02 mm，止推盤厚度沿圓周偏差不超過0.01 mm,軸向跳動不超過0.015 mm。因此推斷，止推盤狀況良好，不會引起止推軸瓦溫度偏高［15-16］。

3 煙氣輪機(jī)故障原因及改進(jìn)措施

3.1 故障原因

對煙氣輪機(jī)潤滑油供應(yīng)、軸流風(fēng)機(jī)、止推軸承、止推軸瓦以及止推盤運(yùn)行情況及影響因素的分析表明，引起煙氣輪機(jī)止推軸承溫度超標(biāo)的原因主要有2個,①煙氣輪機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)軸承端距偏大。②止推軸承軸向間隙太小。其中,止推軸承軸向間隙太小是主要原因。

3.2 改進(jìn)措施

3.2.1 止推間隙調(diào)整

止推軸承軸向間隙的調(diào)節(jié)通常采用間接方法，即通過加減副止推軸瓦基環(huán)墊片數(shù)量來改變止推軸承的軸向間隙。YL12000I煙氣輪機(jī)止推軸承零部件裝配圖見圖3。從圖3可看出，副止推軸瓦基環(huán)安裝在定位槽中，在上軸承座有防止基環(huán)轉(zhuǎn)動的螺釘從徑向進(jìn)行緊固。下軸承座沒有防止基環(huán)轉(zhuǎn)動的螺釘，定位槽中沒有加減墊片的軸向位置。因此，通過加減墊片調(diào)整YL12000I煙氣輪機(jī)止推軸承軸瓦軸向間隙的操作方案是不可行的。

圖3 止推軸承零部件裝配圖

2015-12煙氣輪機(jī)安裝階段止推瓦間隙偏小情況已經(jīng)存在，但由于多種原因一直未作處理。投產(chǎn)后止推軸瓦溫度一直偏高，2016-08裝置停汽消缺檢修時用手工修復(fù)的方式進(jìn)行間隙調(diào)整。具體操作工序為，①把2000目金相砂紙放在平臺上，固定4個角。②測量副止推軸瓦厚度。③把副止推軸瓦放在砂紙上作8字型研磨。④研磨后測量瓦塊厚度，比較瓦塊各部位厚度，若厚度不一致則進(jìn)行局部刮研，同時在止推盤上用著色法進(jìn)行接觸情況檢查。④反復(fù)多次，直到滿足每塊軸瓦與止推盤均勻接觸，每塊軸瓦厚度差不大于0.2 mm,表面接觸面積不低于75%，接觸點(diǎn)不少于3～4點(diǎn)/cm，止推軸瓦軸向間隙達(dá)到0.29 mm的組裝要求。

3.2.2 聯(lián)軸器軸端距調(diào)整

針對煙氣輪機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)軸承端距比安裝標(biāo)準(zhǔn)大0.32 mm的情況,在聯(lián)軸器中間連接節(jié)處增加0.3 mm厚的不銹鋼墊片。

3.2.3 軸瓦油囊修復(fù)

主止推軸承瓦塊長時間在高溫下運(yùn)行導(dǎo)致瓦塊油囊破損，在不影響止推瓦塊有效受力面積的情況下，用刮刀輕輕在瓦塊進(jìn)油邊沿入油方向刮研修復(fù)，使瓦塊進(jìn)油側(cè)巴氏合金呈圓滑過渡，易于進(jìn)油和形成油膜，以增加瓦塊進(jìn)油量［17］。修復(fù)前后主止推軸承裝配數(shù)據(jù)見表2。

表2 改進(jìn)前后主止推軸承裝配數(shù)據(jù) mm

4 改進(jìn)后煙氣輪機(jī)運(yùn)行情況

2016-08煙氣輪機(jī)技術(shù)改造完成。改進(jìn)前后主止推軸承軸瓦各瓦塊溫度見表3。由表3可知，改進(jìn)后止推軸承溫度降到報警值以下，達(dá)到了預(yù)期改進(jìn)效果。

表3 改進(jìn)前后主止推軸承各瓦塊溫度 ℃

5 結(jié)語

煙氣輪機(jī)止推軸承改造于2016-08完成。主風(fēng)機(jī)組重新投運(yùn)后運(yùn)行狀況良好，煙氣輪機(jī)止推軸承軸瓦溫度正常。實踐證明，煙氣輪機(jī)止推軸承改造有效解決了止推軸承軸瓦溫度偏高報警問題，提高了機(jī)組運(yùn)行安全性，減少了操作人員勞動強(qiáng)度，為解決類似問題積累了經(jīng)驗。