曾立林

(云南大為制氨有限公司 設(shè)備技術(shù)部，云南 曲靖 657800)

1 概述

1.1 設(shè)備概述

氮產(chǎn)品壓縮機(jī)將空分氮?dú)猱a(chǎn)品壓縮，二段出口提取部分供氮循環(huán)壓縮機(jī)，一部分作為低壓氮?dú)猱a(chǎn)品送出，另外一部分經(jīng)三段壓縮后送至用戶。該壓縮機(jī)由沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)MCO905，為單缸三段多級(jí)離心式壓縮機(jī)。其為一級(jí)水平進(jìn)氣，懸臂式葉輪。氣體經(jīng)一級(jí)壓縮后進(jìn)行冷卻，冷卻氣體經(jīng)二段壓縮，出口氣體一部分進(jìn)入工藝流程，其余經(jīng)冷卻后經(jīng)三段壓縮送入后續(xù)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)為單缸冷凝式，由杭州汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)HNK25/36/16。汽輪機(jī)與壓縮機(jī)通過膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，壓縮機(jī)、汽輪機(jī)分別安裝在各自鋼底座上。整個(gè)機(jī)組采用潤(rùn)滑聯(lián)合油站供油。壓縮機(jī)由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，整臺(tái)機(jī)組為雙層布置，主機(jī)布置在二樓，輔機(jī)布置在一樓。氮產(chǎn)品壓縮流程見圖1。

圖1 氮產(chǎn)品壓縮機(jī)流程簡(jiǎn)圖

1.2 故障簡(jiǎn)述

2022年2月22日2時(shí)56分49秒，空分裝置氮產(chǎn)品壓縮機(jī)汽輪機(jī)軸位移VZI-1778.1、VZI-1778.2發(fā)生突變，增大至 80 μm，達(dá)到聯(lián)鎖跳車值后機(jī)組跳車。22日4時(shí)，氮產(chǎn)品壓縮機(jī)組隔離，缸體自然降溫；23日8時(shí)，缸體降溫合格后，工藝停油循環(huán)及機(jī)組盤車。檢修人員解體檢查汽輪機(jī)進(jìn)氣側(cè)軸承系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)主推力軸承8塊軸瓦巴氏合金全部嚴(yán)重磨損，軸位移增大。檢修人員緊急搶修，更換磨損推力軸承瓦塊，調(diào)整裝配數(shù)據(jù)后回裝。24日0時(shí)12分，完成檢修，交工藝油循環(huán)；3時(shí)23分，經(jīng)過兩次油循環(huán)后確認(rèn)油循環(huán)合格；6時(shí)35分，分氮產(chǎn)品壓縮機(jī)開始沖轉(zhuǎn)；8時(shí)50分，達(dá)工作轉(zhuǎn)速，運(yùn)行正常。

2 汽輪機(jī)異常跳車原因分析

該汽輪機(jī)最近一次大修是2021年8月，它長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行中各測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng)、溫度、軸位移等參數(shù)均正常。本次汽輪機(jī)運(yùn)行中軸位移異常突變，主推力瓦塊巴氏合金全部磨損，因此，需要進(jìn)行原因排查分析。

2.1 儀表探頭故障排查分析

檢查中控機(jī)柜間位移信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)前置器供電電源?？臻_電壓為 23.65 V，各項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示正常，未發(fā)現(xiàn)異常情況?，F(xiàn)場(chǎng)拆卸檢查軸位移探頭是完好的，參數(shù)測(cè)試也未發(fā)現(xiàn)故障，軸位移顯示數(shù)據(jù)正確。通過檢查，可排除儀表探頭故障造成跳車。

2.2 工藝運(yùn)行參數(shù)變化分析

查看工藝參數(shù)可知，機(jī)組在跳車前運(yùn)行穩(wěn)定，汽機(jī)輪室壓力、入口蒸汽流量、入口蒸汽溫度、蒸汽壓力、調(diào)節(jié)閥開度、汽機(jī)排氣壓力、排氣溫度、汽機(jī)轉(zhuǎn)速(見圖2)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)等運(yùn)行參數(shù)(見圖3)正常，均未出現(xiàn)明顯的波動(dòng)情況。由此可排除因工藝操作參數(shù)變化引起的跳車。

圖2 汽輪機(jī)跳車前后運(yùn)行參數(shù)變化趨勢(shì)圖

圖3 汽輪機(jī)潤(rùn)滑油、控制油變化趨勢(shì)圖

2.3 靜電腐蝕情況分析

一般而言，汽輪機(jī)都存在軸電壓過高的情況，因此需要對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行連續(xù)或者定期的接地放電措施。汽輪機(jī)產(chǎn)生軸電壓的根本原因是機(jī)組在高速運(yùn)行中(介質(zhì))干蒸汽與汽輪機(jī)葉片相互摩擦，產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的積累使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸電壓。當(dāng)軸電壓積累達(dá)到一定值后，便會(huì)放電擊穿軸承系統(tǒng)的支撐油膜，并在軸頸表面或軸瓦巴氏合金表面形成密集小坑，造成軸瓦與軸頸表面光潔度下降，進(jìn)一步影響油膜的形成，使軸承支撐剛度變?nèi)?，軸瓦損壞。

現(xiàn)場(chǎng)檢查軸電壓接地裝置，發(fā)現(xiàn)接地放電操作箱長(zhǎng)期未進(jìn)行放電操作?，F(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)試接地裝置，機(jī)組電刷至接地線路良好。回裝時(shí)對(duì)汽輪機(jī)放電裝置接線進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，同時(shí)檢查軸頸與徑向軸承軸瓦表面，未見明顯電腐蝕現(xiàn)象，表面光潔。復(fù)查徑向軸承裝配尺寸，正常(見圖4)。

圖4 汽輪機(jī)軸徑及徑向瓦塊表面

由此可排除因靜電釋放裝置接地不良引起的電腐蝕造成的軸瓦磨損。

2.4 軸向力變化引起軸瓦磨損的情況

該汽輪機(jī)按工作原理屬于反動(dòng)式汽輪機(jī)[1]。反動(dòng)式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的軸向推力比同類型沖動(dòng)式汽輪機(jī)的軸向推力要大的多，其軸向推力遠(yuǎn)超出推力軸承的承載能力，因此該汽輪機(jī)配置有平衡活塞及平衡活塞汽封，以減小軸向推力；通過平衡活塞及汽封，平衡掉大部分軸向推力，使剩余軸向推力在推力軸承的許用承載范圍之內(nèi)[2]。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的剩余軸向力由推力盤與推力軸承承載。推力盤與推力瓦塊巴氏合金工作面之間形成油膜，剛性油膜支撐轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)軸向力發(fā)生大幅變化，或超過軸瓦承載極限時(shí)，軸承支撐油膜瞬間破裂，推力盤與軸瓦巴氏合金直接接觸摩擦。在高轉(zhuǎn)速工況下，軸瓦溫度急速升高，巴氏合金融化失效，汽輪機(jī)軸位移快速上漲。

分析排查軸向力的變化原因，解體檢查聯(lián)軸器系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)側(cè)聯(lián)軸器膜片裝配錯(cuò)誤[3]，如圖5a所示。正確的安裝方式見圖5b。

a.錯(cuò)誤裝配 b.正確裝配圖5 汽輪機(jī)側(cè)聯(lián)軸器膜片安裝方式

聯(lián)軸器膜片安裝錯(cuò)誤，造成聯(lián)軸器膜片實(shí)際預(yù)拉伸量比正常預(yù)拉伸量值增大 6 mm 左右。查看聯(lián)軸器圖紙(圖6)，聯(lián)軸器膜片預(yù)拉伸量上限值為 3.8 mm?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量膜片預(yù)拉伸量已超過膜片拉伸上限值，膜片實(shí)際軸向力遠(yuǎn)超軸向力量程 4200 N(估算在7000～8000 N)。因此造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)軸向推力額外增加，推力軸承瓦塊工作面過載，油膜形成不良，最終使軸瓦損壞。

圖6 膜片拉伸量與軸向力關(guān)系

同時(shí)，檢查軸承系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)主推力軸承瓦架水準(zhǔn)塊部位承載面存在明顯磨損情況，磨損深度0.06～0.08 mm(圖7)。經(jīng)分析認(rèn)為，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力過大，造成水準(zhǔn)塊與瓦架接觸磨損。

圖7 主推瓦架配合面磨損

機(jī)組聯(lián)軸器膜片的錯(cuò)誤安裝，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子運(yùn)行中軸向力額外增大，推力軸承瓦塊承載力大幅增大。同時(shí)，由于聯(lián)軸器對(duì)中影響，主推力軸承瓦塊在運(yùn)行中承受高幅度的交變載荷應(yīng)力。在長(zhǎng)時(shí)間的交變作用力下，交變載荷應(yīng)力已超過軸承瓦塊巴氏合金的疲勞極限，使主推瓦巴氏合金損壞，最終造成機(jī)組軸位移動(dòng)，引發(fā)聯(lián)鎖跳車。聯(lián)軸器膜片的錯(cuò)誤安裝是造成本次異常跳車的直接原因。

綜上分析，造成本次機(jī)組異常跳車的主要原因是：

1)汽輪機(jī)側(cè)聯(lián)軸器膜片安裝錯(cuò)誤，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸向力額外增大，進(jìn)而推力軸承瓦塊承載力大幅增大，最終使軸瓦巴氏合金損壞，機(jī)組聯(lián)鎖跳車。

2)機(jī)組檢修過程中未嚴(yán)格進(jìn)行技術(shù)質(zhì)量控制，檢修人員及對(duì)裝配過程、數(shù)據(jù)驗(yàn)收把控不嚴(yán)，造成聯(lián)軸器膜片錯(cuò)誤裝配。

3 改進(jìn)措施

為避免機(jī)組運(yùn)行中再出現(xiàn)類似故障，采取以下措施進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)：

1)重新安裝機(jī)組聯(lián)軸器膜片，同時(shí)調(diào)整膜片預(yù)拉伸量值為0±0.20 mm；2)對(duì)汽輪機(jī)與壓縮機(jī)進(jìn)行重新找正對(duì)中，滿足機(jī)組對(duì)中要求；3)修改標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書及相關(guān)檢修規(guī)程，將膜片安裝及預(yù)拉伸量調(diào)整作為關(guān)鍵驗(yàn)收節(jié)點(diǎn)；4)以此為例，檢修人員及技術(shù)員進(jìn)行相關(guān)資料學(xué)習(xí)，熟悉掌握聯(lián)軸器膜片運(yùn)行原理及安裝要求。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行后，轉(zhuǎn)子振動(dòng)、溫度、軸位移等各項(xiàng)參數(shù)正常，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。通過本此次故障分析和處理，得到以下心得體會(huì)：

1)當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，不能只看到表面原因，還應(yīng)找到產(chǎn)生此故障的根本原因，并進(jìn)行徹底解決；2)提高對(duì)設(shè)備的重視程度，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照檢修規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行設(shè)備的檢修，嚴(yán)格控制檢修質(zhì)量。