空分裝置增壓機軸位移過大的原因分析和解決措施

代軍禮 趙立民

（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司)

0 前言

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司100萬t鉀肥綜合利用項目一期工程兩套KDON 20000/120000型空分裝置，均采用由杭氧公司設(shè)計制造的分子篩凈化空氣、增壓透平膨脹、全精餾無氫制氬、液氧內(nèi)壓縮流程。其中壓縮機組由陜鼓動力股份有限公司設(shè)計制造，采用先進的一拖二技術(shù)，即由一臺汽輪機帶動空氣壓縮機和空氣增壓機，具有機組布置緊湊、占地面積小、運行安全經(jīng)濟等優(yōu)點。配套的EZ35-3型空氣增壓機額定轉(zhuǎn)速12300 r/min，額定氣量28000 Nm3/h，入口壓力0.50 MPa，額定出口壓力1.3 MPa。機組自投產(chǎn)以來，出現(xiàn)軸位移以0.005 mm/d的速度增大的問題。為此，通過3次技術(shù)改造，解決了存在的問題，使得機組能正常滿負荷運行。

1 空氣增壓機故障現(xiàn)象

自2009年4月進入試車階段以來，全廠裝置（乙炔、鉀堿、PVC、尿素、合成氨）進行著緊張有序的試車工作，開、停車事情經(jīng)常發(fā)生。由于中壓蒸汽的供汽不穩(wěn)定，空分裝置也經(jīng)常停車、開車。在設(shè)備試車過程中我們發(fā)現(xiàn)，一套空分裝置的空氣增壓機軸位移在逐漸地增大。裝置正常開車后，當(dāng)增壓機負荷加至1.0 MPa時，由于中壓蒸汽不穩(wěn)定，迫使我們將壓縮機負荷降至空負荷運轉(zhuǎn)，直到中壓蒸汽穩(wěn)定后再開始給壓縮機加負荷。當(dāng)增壓機負荷加至1.2 MPa時，增壓機軸位移達到了報警值0.48 mm，瞬間達到聯(lián)鎖值0.8 mm，于是機組緊急停車。隨后檢修人員再次對軸位移探頭進行重新調(diào)零安裝，以軸向竄量的中間值為零點，當(dāng)時竄量為0.43 mm。為此，公司領(lǐng)導(dǎo)決定打開增壓機瓦蓋檢查推力瓦塊的磨損情況。打開瓦蓋后發(fā)現(xiàn)，副止推瓦完好，主止推瓦磨損嚴重，瓦塊表面的鉛錫合金幾乎磨完，大面積露出黑色的生鐵，更為嚴重的是轉(zhuǎn)子主推力盤表面拉毛，光潔度嚴重破壞。之后打開增壓機頂蓋做進一步檢查，發(fā)現(xiàn)除轉(zhuǎn)子低壓端迷宮少量密封齒損壞外，前后徑向軸承完好，轉(zhuǎn)子前后軸頸及葉輪軸向、徑向間隙無異常，用塞尺檢查轉(zhuǎn)子葉輪各部位間隙，確認正常。公司技術(shù)部門、安裝單位及壓縮機廠家共同研究決定，為確保機組安全及今后的長周期運行，將增壓機轉(zhuǎn)子立即送制造廠維修，修研推力盤主推面、密封齒，并做動平衡。

2 故障原因分析

該空氣增壓機為三級離心式壓縮機。由于每個葉輪兩側(cè)的氣體作用力不同，使葉輪具有非零的軸向力，這個力一般指向葉輪進口。為了平衡這個軸向力，應(yīng)當(dāng)采取一些措施。壓縮機一般采取雙向進氣的方式排列葉輪以平衡掉一部分軸向力，剩余部分軸向力則由平衡盤及止推軸承來平衡。若軸向力太大，推力瓦的合金磨損過快或過度磨損，或因突發(fā)事故而融化，轉(zhuǎn)子就會產(chǎn)生較大的軸位移，嚴重時甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子相碰，造成惡性事故。

造成軸位移過大的原因可能有以下幾方面：

（1）軸位移探頭安裝調(diào)零是否合適。

（2）安裝時軸向間隙過大以及機組振動等原因，都會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的軸向位移增大。

（3）潤滑不良或油路不通暢導(dǎo)致油膜難以形成，從而使止推瓦磨損，軸位移增大。

（4）機組設(shè)計制造不合理，止推軸承偏小，無法平衡軸向力。

（5）平衡遭到破壞而引起軸位移增大。一般來說，壓縮機在設(shè)計時就已經(jīng)考慮了軸向力的平衡問題，通常是采用平衡盤來平衡絕大部分軸向力，剩余部分軸向力則由止推軸承來平衡。平衡盤后的低壓腔用平衡管與壓縮機入口相連，以維護腔內(nèi)低壓，保證平衡。若低壓腔內(nèi)壓力過高，就會引起軸位移增大，造成止推瓦損壞。

3 處理措施

（1）第一次處理

增壓機轉(zhuǎn)子經(jīng)制造廠家處理后返回本公司，維修人員加班對前后汽封進行修研，對前支撐瓦與軸的間隙進行調(diào)整，對轉(zhuǎn)子與下缸之間的氣封間隙進行測量并用鉛絲進行調(diào)整，將主止推瓦更新，并根據(jù)增壓機安裝技術(shù)規(guī)程調(diào)整轉(zhuǎn)子主推軸的軸向竄量為0.30 mm （指標(biāo)為0.30～0.40 mm），將控制潤滑油進入增壓機的油壓調(diào)節(jié)閥通徑由原來的?5 mm擴大到?8 mm，以適當(dāng)增加潤滑油量。2010年8月，對增壓機與增速器之間聯(lián)軸器進行對中安裝。增壓機投入試車后，在出口壓力加到額定值1.3 MPa時，測試軸位移的兩個探頭分別測試到軸位移為0.13 mm、0.15 mm，均在0.40 mm的指標(biāo)范圍內(nèi)，機組運行恢復(fù)正常。

（2）第二次處理

由于鹽湖化工為新建項目，試車期間各類問題頻發(fā)，特別是汽輪機用的中壓蒸汽供應(yīng)不穩(wěn)定，2010年9月中壓蒸汽再次出現(xiàn)故障，導(dǎo)致空分裝置緊急停車。蒸汽正常后再次開車，在增壓機加負荷至0.6 MPa時，增壓機轉(zhuǎn)子軸向位移達到報警值0.40 mm，隨即進行降負荷處理。打開瓦蓋檢查推力瓦時發(fā)現(xiàn)主推力瓦出現(xiàn)偏磨，且磨損較為嚴重。經(jīng)公司技術(shù)人員和增壓機廠家技術(shù)人員研究決定，對增壓機推力盤和瓦塊進行加大處理，對瓦塊進行手工加工，并增大進油量。之后正常啟車，軸位移正常。但是在以后的觀察中發(fā)現(xiàn)，增壓機軸位移仍然在以0.005 mm/d的速度不斷地增大。因此技術(shù)人員感到還是沒有找出軸位移增大的根本原因。

經(jīng)研究討論后總結(jié)出下列幾點意見：（1）止推瓦更新后若機組不停車持續(xù)運行，則軸位移略有增加。（2）若機組運行期間出現(xiàn)停車然后再次啟動，則軸位移會大幅度增加，以至接近或超過0.40 mm的報警線。（3）主推瓦沒有平衡掉軸向力，在軸向力的作用下主推瓦磨損速度較快，造成軸位移增大。（4）平衡盤后的低壓腔壓力，即增壓機入口壓力為0.50 MPa，這一壓力可能偏高，造成平衡盤前后壓差減小，平衡盤 “出力”不足，即平衡盤未平衡掉足夠多的軸向力。鑒于以上分析，對增壓機進行了第三次技術(shù)改造，即下述的第三次處理。

（3）第三次處理

2011年3月，利用系統(tǒng)停車之機，對增壓機平衡管進行了改造，在原有的平衡管中間增加一個放空管，并增加閥門2，以達到軸向力的平衡。改造示意圖如圖1所示。在正常情況下閥1打開、閥2關(guān)閉，用閥3控制平衡盤前后的壓差，以達到調(diào)整軸位移的目的。

圖1 增壓機平衡管的改造

4 增壓機改造后運行效果

自2011年3月增壓機平衡管改造完成、機組投用以來，增壓機轉(zhuǎn)子的軸位移一直維持在+0.28 mm、+0.29 mm，正如預(yù)期的那樣，機組運行非常穩(wěn)定，再沒有出現(xiàn)過軸位移超標(biāo)的問題。以同樣的方法對第二套空分裝置的增壓機平衡管也進行了改造，結(jié)果也和預(yù)期的一樣機組運行非常穩(wěn)定。