劉博強(qiáng)，何培東，楊 林

(中國(guó)石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司，四川 成都 610000)

1 引言

某石化公司新建大化肥生產(chǎn)裝置二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組采用 2MCL707+2BCL356 離心式二氧化碳?jí)嚎s機(jī)。該機(jī)組由 2MCL707+汽輪機(jī)+變速機(jī)+2BCL356 及潤(rùn)滑油站等組成，高壓缸機(jī)殼分外缸和內(nèi)缸，外缸在兩端垂直剖分，內(nèi)缸水平剖分。原動(dòng)機(jī)為某公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)，壓縮機(jī)與汽輪機(jī)由膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，壓縮機(jī)和汽輪機(jī)安裝采用聯(lián)合底座，整個(gè)機(jī)組采用潤(rùn)滑油站供油，壓縮機(jī)的軸端、級(jí)間密封均采用迷宮密封，平衡盤密封采用蜂窩密封，密封材料為鋁合金。機(jī)組布置示意圖如圖1所示。

圖1 二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組布置示意圖

2 機(jī)組工藝流程簡(jiǎn)述及設(shè)計(jì)參數(shù)

從凈化工段來(lái)的二氧化碳?xì)怏w依次進(jìn)入二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組低壓缸2MCL707一段、二段，高壓缸2BCL356三段、四段葉輪壓縮，并分別經(jīng)過(guò)各段間冷卻器冷卻、分離器進(jìn)行氣液分離后，送至尿素主裝置，完成二氧化碳工藝介質(zhì)壓縮任務(wù)。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組工藝設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 機(jī)組工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

3 機(jī)組開(kāi)車運(yùn)行狀況

機(jī)組開(kāi)車低負(fù)荷階段，各溫度、振動(dòng)、位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)異常，但在尿素準(zhǔn)備投料，加負(fù)荷過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)高壓缸止推瓦溫度上漲速率較快，逐步上升到116 ℃，超過(guò)報(bào)警值，高壓缸止推瓦位移變化不明顯。聯(lián)系儀表人員對(duì)高壓缸止推瓦溫度探頭測(cè)點(diǎn)及信號(hào)取樣處理模塊時(shí)行了檢查，排除了儀表故障原因。

4 高壓缸止推瓦溫度偏高原因分析處理[1-3]

4.1 主推軸瓦潤(rùn)滑油供油不足

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組采用潤(rùn)滑油站供油，各軸承供油支管在進(jìn)軸承箱前設(shè)有減壓閥、壓力表，機(jī)組運(yùn)行狀況下，潤(rùn)滑油壓力控制在0.12 MPa，溫度控制在41 ℃。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，潤(rùn)滑油壓力、溫度無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象，排除潤(rùn)滑油供油問(wèn)題。

4.2 潤(rùn)滑油品質(zhì)

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組共用一個(gè)潤(rùn)滑油站，采用潤(rùn)滑油牌號(hào)為46#汽輪機(jī)油，如果潤(rùn)滑油發(fā)生變質(zhì)將直接影響機(jī)組軸承的承載力和溫升。雖然整個(gè)機(jī)組只有高壓缸止推瓦溫度偏高，但高壓缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá)12334 r/min，具有其特殊性。因此，對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑油進(jìn)行了采樣分析，其數(shù)據(jù)如表2所示，從表中可以得出，機(jī)組潤(rùn)滑油指標(biāo)均在允許誤差范圍內(nèi)，滿足使用要求，排除潤(rùn)滑油品質(zhì)問(wèn)題。

表2 機(jī)組潤(rùn)滑油油樣分析數(shù)據(jù)

4.3 機(jī)組高壓缸推力軸承故障

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組高壓缸推力軸承選用金斯伯雷型止推軸承，作用是承受壓縮機(jī)沒(méi)有完全抵消的殘余軸向推力以及膜片聯(lián)軸器產(chǎn)生的軸向推力。該軸承是雙面止推，軸承體水平剖分為上、下兩部分，每組有6塊止推塊，分布于推力盤兩側(cè)。如推力軸承出現(xiàn)如下幾方面的問(wèn)題，也可能造成軸承溫度偏高，需利用停產(chǎn)機(jī)會(huì)，對(duì)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組高壓缸軸承箱進(jìn)行拆檢針對(duì)性地進(jìn)行驗(yàn)證。

(1)推力軸承軸瓦間隙偏小

由于離心式機(jī)組轉(zhuǎn)速高，尤其是高壓缸轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)變速機(jī)增速后轉(zhuǎn)速更高，為保證油膜的穩(wěn)定性，可傾瓦設(shè)計(jì)間隙小，在摩擦副中潤(rùn)滑油流量偏小，潤(rùn)滑油帶走的摩擦熱較少，這就使得軸承的溫度偏高。

(2)推力軸承瓦塊和推力盤的平行度超標(biāo)

推力軸承瓦塊和推力盤的平行度超標(biāo)主要是軸承與轉(zhuǎn)子軸頸的揚(yáng)度不一致，這會(huì)導(dǎo)致推力軸承受力不均，軸瓦中承受較大推力的瓦塊溫度偏高。如轉(zhuǎn)子軸頸前揚(yáng)值大于推力軸承前揚(yáng)值時(shí)，上半部分瓦塊承受的推力大于下半部分瓦塊，會(huì)造成推力軸承上半部分瓦塊溫度高于下半部分瓦塊溫度；當(dāng)轉(zhuǎn)子軸頸前揚(yáng)值小于推力軸承前揚(yáng)值時(shí)，則正好相反。

(3)推力盤存在瓢偏現(xiàn)象

推力盤如果有瓢偏，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)各推力瓦塊受到的推力大小不一致。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá)12334 r/min，在高轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)下，每塊推力瓦塊上的受力情況連續(xù)的發(fā)生較大的變化，將直接影響推力瓦塊和推力盤之間潤(rùn)滑油膜的穩(wěn)定性，致使推力瓦塊溫度偏高。

(4)各推力瓦塊厚度差值大

機(jī)組推力軸承各瓦塊厚度差值大，超出要求范圍。壓縮機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，產(chǎn)生的軸向推力主要由較厚的推力瓦塊所承受，這就會(huì)致使較厚的推力瓦塊溫度偏高。

(5)潤(rùn)滑油膜建立不正常

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油會(huì)進(jìn)入推力瓦塊與推力盤之間的楔形間隙中，建立潤(rùn)滑油膜，避免了金屬之間的干摩擦。但如果推力軸承各部件制造、安裝定位精度不足，可能造成推力瓦塊不能自動(dòng)調(diào)整角度或調(diào)整不到位，影響潤(rùn)滑油膜正常建立，就會(huì)導(dǎo)致推力瓦塊和推力盤潤(rùn)滑不足，甚至發(fā)生干摩擦，造成瓦塊溫度偏高。

4.4 轉(zhuǎn)子軸向力增大

離心式壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子葉輪的輪蓋和輪盤上有介質(zhì)氣體產(chǎn)生的壓力差及聯(lián)軸器產(chǎn)生的軸向推力，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)受到朝向葉輪入口端的軸向推力作用。正常情況下，產(chǎn)生的大部分軸向力會(huì)由機(jī)組平衡盤抵消掉，剩余的軸向力作用在推力軸承上。一旦軸向力由于工藝或其它原因增大，機(jī)組監(jiān)測(cè)就會(huì)發(fā)現(xiàn)軸位移量、推力軸承溫度都會(huì)出現(xiàn)增大的情況，有時(shí)也可能是單獨(dú)一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)異常。而壓縮機(jī)內(nèi)部通流部分結(jié)垢，級(jí)間密封間隙超出標(biāo)準(zhǔn)、密封損壞，平衡盤密封損壞、間隙超標(biāo)等原因都會(huì)使轉(zhuǎn)子軸向推力增大，從而導(dǎo)致止推軸承異常溫升。需利用停產(chǎn)機(jī)會(huì)，對(duì)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組高壓缸進(jìn)行拆檢針對(duì)性地檢查級(jí)間、平衡盤迷宮密封情況進(jìn)行驗(yàn)證。

5 機(jī)組停機(jī)拆檢情況

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組高壓缸進(jìn)行解體檢查，打開(kāi)軸承箱后，發(fā)現(xiàn)止推瓦表面存在潤(rùn)滑油高溫碳化現(xiàn)象。檢查推力瓦塊無(wú)擦傷痕跡；軸承固定推力瓦塊定位銷無(wú)松動(dòng)、損壞現(xiàn)象；對(duì)推力軸承6塊瓦塊進(jìn)行測(cè)厚檢查，平均厚度差均小于0.02 mm；檢查進(jìn)油口處沒(méi)有堵塞現(xiàn)象；檢查推力瓦塊油楔在要求范圍內(nèi)，無(wú)異物堵塞現(xiàn)象；打表檢查推力盤瓢偏值無(wú)偏大。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)外缸與內(nèi)缸定位銷原始安裝不到位，導(dǎo)致定位銷被擠扁，造成內(nèi)缸體與轉(zhuǎn)子不同心，導(dǎo)致級(jí)間迷宮密封、平衡盤蜂窩密封與轉(zhuǎn)子葉輪配合處均發(fā)生磨損，葉輪進(jìn)口外圓面磨損溝槽較多，深度約1 mm。由于密封磨損造成級(jí)間氣體介質(zhì)泄漏量增大，不但造成了壓縮機(jī)組效率的下降，也使軸向推力加大；而且為使壓縮機(jī)出口排氣壓力達(dá)到工藝要求，需要提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，直接影響到止推軸承瓦塊的承載能力，導(dǎo)致推力軸承瓦塊溫度升高。測(cè)量檢查平衡盤外表面有深度約0.8 mm的磨損溝槽，導(dǎo)致平衡盤密封效果差，不能很好的維持平衡盤兩端壓差，平衡軸向力的效果降低，更多的軸向力需要止推軸承來(lái)承擔(dān)，致使推力軸承溫度偏大，瓦塊積碳發(fā)黑。這也與操作加負(fù)荷過(guò)程中高壓缸止推瓦溫度溫度上漲速率較快現(xiàn)象相符合。

針對(duì)拆檢情況，決定更換所有損壞的級(jí)間、段間密封，安裝備用的高壓缸轉(zhuǎn)子。對(duì)于已經(jīng)磨損的原轉(zhuǎn)子部件，平衡盤外圓面采取打磨處理，葉輪進(jìn)口外圓面進(jìn)行堆焊后，上車床機(jī)加工處理，修復(fù)后的高壓缸轉(zhuǎn)子作為緊急備用轉(zhuǎn)子備用。

6 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組高壓缸進(jìn)行檢修處理，機(jī)組運(yùn)行加負(fù)荷后，高壓缸止推軸承溫度降到了82 ℃，效果明顯，機(jī)組其它運(yùn)行參數(shù)也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求范圍，運(yùn)行平穩(wěn)。離心式壓縮機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，振動(dòng)、溫度、軸向位移是影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，需要在日常監(jiān)控中密切關(guān)注其變化趨勢(shì)。如發(fā)生變化，就必須及時(shí)分析其原因，采取相應(yīng)措施。