CO2離心壓縮機組高壓缸止推瓦溫度高原因分析及改善措施

楊向陽

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

年產(chǎn)30萬噸合成氨52萬噸大顆粒尿素廠CO2離心壓縮機組是由沈陽透平機械股份有限公司制造，由汽輪機+低壓缸(2MCL527)+變速機+高壓缸 (2BCL356A)及潤滑油站等組成。壓縮機由四段13級（共13個葉輪）組成，低壓缸、高壓缸均采用碳環(huán)密封，原動機為杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的凝汽式汽輪機，壓縮機與汽輪機之間均用膜片/盤聯(lián)軸器聯(lián)接，該設(shè)備是生產(chǎn)尿素產(chǎn)品的關(guān)鍵設(shè)備之一，壓力高、轉(zhuǎn)速高。

自2015年開車以來運行良好，在2018年7月裝置年度大修期間，該機組高壓缸大修更換了止推盤、級間氣封、平衡鼓蜂窩密封，軸端蜂窩密封、碳環(huán)密封，開車后發(fā)現(xiàn)高壓缸主止推瓦溫度異常升高，測點TISA65040溫度高達99.2℃，與檢修前82℃相差較大，距離報警值105℃/連鎖值115℃一步之遙，且還在不斷上升中，嚴(yán)重影響機組運行安全（圖1）。

1 原因分析

CO2壓縮機組高壓缸為六級兩段結(jié)構(gòu)（見圖2），兩段間設(shè)計運行參數(shù)如表1，針對止推軸承主推瓦溫高這一現(xiàn)象，通過對機組各段間各項運行參數(shù)、壓比、潤滑油系統(tǒng)溫度及壓力等進行檢查并與檢修前參數(shù)進行比較分析，均未發(fā)現(xiàn)異常。

圖1 機組運行參數(shù)圖

圖2 CO2機組高壓缸結(jié)構(gòu)

對機組高壓缸軸向位移進行檢查發(fā)現(xiàn)，軸位移探頭顯示數(shù)值最為0.34mm較檢修前0.29mm大，初步判定軸位移偏大。進一步進行分析，此機組檢修前已穩(wěn)定運行近4年，期間機組高壓缸也進行過3次大修，均未出現(xiàn)過此類問題，首先排除機組本身因設(shè)計缺陷導(dǎo)致軸向力大平衡盤無法平衡的原因。然后對機組檢修數(shù)據(jù)進行核查，得出段間蜂窩密封/級間密封損壞將導(dǎo)致葉輪前蓋板處氣體大量流回葉輪入口，從而前蓋板所受壓力降低，結(jié)果使軸向力增加導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸向力增大是止推瓦溫度高的主要原因。

另根據(jù)此機組結(jié)構(gòu)及旋向，在機組運轉(zhuǎn)時增速箱及高壓缸均會產(chǎn)生指向聯(lián)軸器的熱膨脹力，為排除膜片聯(lián)軸器熱膨脹變形的影響，同時減小四段向三段的軸向位移，在2018年11月份裝置短停中，將增速箱與高壓缸間聯(lián)軸器膜片減少0.8mm，再次開車后此止推瓦溫度仍無較大變化，根據(jù)此現(xiàn)象再次判斷三、四段間蜂窩密封間隙增大導(dǎo)致泄漏增大，最終導(dǎo)致軸向推力增大造成溫度上升。

表1 CO2機組高壓缸設(shè)計參數(shù)表

2 改造方案、解決方法

為解決瓦溫升高的根本原因，需要減少軸位移消除軸向力，而減小軸位移則意味著停車更換段間蜂窩密封或降低裝置生產(chǎn)減負(fù)荷，將帶來巨大費用，這是生產(chǎn)企業(yè)無法接受的，因此必須從其他方面著手。

2.1 從止推瓦塊材質(zhì)及結(jié)構(gòu)方面改造入手

當(dāng)前高壓缸推力軸承為原廠提供的金斯伯雷型雙側(cè)止推軸承.每側(cè)均有6塊瓦塊.其中2塊相鄰的瓦塊上安裝有鑲嵌式電阻測溫元件.對應(yīng)主推力瓦上瓦塊溫度和主推力瓦下瓦塊溫度，如圖3所示。通過對瓦塊材質(zhì)及結(jié)構(gòu)進行分析、查找資料、借鑒別廠經(jīng)驗決定從以下幾方面對止推軸承瓦塊進行改造，以達到降低瓦溫，保證機組安全的效果。

一是改變瓦塊基材材質(zhì)，由鋼基變?yōu)楦讓?dǎo)熱的銅基材質(zhì)。當(dāng)前使用推力瓦塊為金斯伯雷瓦塊，瓦塊基體材質(zhì)為45#碳鋼，新瓦塊選用H62銅基材質(zhì)導(dǎo)熱更快。在100℃時導(dǎo)熱系數(shù)約為123W/(m·℃)，而45#鋼導(dǎo)熱系數(shù)約為48W/(m·℃)，導(dǎo)熱速率比原瓦塊增加約1.5倍，極大的增大瓦塊熱量帶走速率,降低瓦溫。

圖3 新舊瓦塊基材改變對比

二是加大瓦塊進油角，增大進油量。在瓦塊進油側(cè)，人工刮研對原瓦塊進行改造，即對瓦表面進行處理，把瓦表面的進油側(cè)邊2～3mm范圍內(nèi)刮研出45°斜角（圖4），可使止推盤在旋轉(zhuǎn)帶油時進油順利，從而達到增大進油量降低瓦塊溫度的目的。同時還可增大油楔，可保證穩(wěn)定的承載力學(xué)結(jié)構(gòu)。

2.2 從工藝操作角度入手

圖4 瓦塊進油角人工刮研

一是通過對工藝操作參數(shù)進行調(diào)整，降低機組出口壓力。從工藝操作方面入手，首先將下一工藝系統(tǒng)操作壓力由14MPa降低至13.8MPa，然后將CO2機組高壓缸出口壓力由原14.2MPa降低至13.9MPa，從而降低出高壓缸出入口介質(zhì)壓差，降低高壓缸軸向力進而減小軸向位移達到降低瓦塊溫度的目的。

二是通過控制機組油冷器循環(huán)水降低進入軸瓦的潤滑油溫度，由原來46℃降低到42℃，從而加大潤滑油冷卻效果，增加瓦塊熱量帶走的速率，達到瓦塊溫度降低的目的。

3 拆檢情況

對瓦塊完成上述改造后，于2019年1月上旬對機組高壓缸進行瓦塊更換檢修，將舊止推瓦塊取出后進行檢查，發(fā)現(xiàn)副推瓦情況良好，主推瓦塊的瓦面上存在油垢、結(jié)焦，且油垢位置靠近出油位置，這也驗證了高壓缸轉(zhuǎn)子推力過大導(dǎo)致瓦塊局部過熱這一原因。

圖5 主推瓦塊結(jié)焦示意圖

4 實施效果

2019年1月8日CO2壓縮機組短停搶修，高壓缸更換新的止推瓦塊后高壓缸主止推瓦溫度由原來的99.2℃下降至88.5～90.2℃并一直穩(wěn)定運行至今，效果顯著。要清楚認(rèn)識到還需要裝置停車后機組大修更換段間、級間密封方可徹底解決問題。

5 結(jié)語

本文就CO2壓縮機高壓缸推力瓦溫度高問題進行了分析，提出了具體的解決措施，并取得了良好的效果。在實際的生產(chǎn)過程中，離心機組瓦塊溫度的原因有很多，必須對其產(chǎn)生故障的原因進行分析判斷，找到根本原因所在，并綜合考慮處理的難易程度及對機組運行經(jīng)濟性和可靠性對癥下藥，就可解決或改善問題，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。