金斯伯雷止推軸承在大型膨脹機(jī)組上的應(yīng)用

陳仁來 劉永樓 熊 榮

（浙江嘉興石化有限公司）

2017 年10 月， 浙江某大型石化公司在新化工裝置調(diào)試試車階段，發(fā)生機(jī)組內(nèi)膨脹機(jī)低壓級止推軸承推力瓦塊及其轉(zhuǎn)子止推面磨損的情況。該新裝置采用行業(yè)內(nèi)最新技術(shù)， 單裝置產(chǎn)能最大，具有單位投資成本低、運行消耗成本低的特點。 該機(jī)組由德國西門子公司制造，包括汽輪機(jī)、減速機(jī)、空氣壓縮機(jī)、電動發(fā)電機(jī)二合一設(shè)備、膨脹機(jī)5 個主機(jī)設(shè)備， 以及壓縮機(jī)級間冷卻器、潤滑油站等輔助設(shè)備。 機(jī)組調(diào)試的最后一個主機(jī)是膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)升溫運轉(zhuǎn)的調(diào)試后期，低壓級葉輪側(cè)止推軸承溫度突然上升而聯(lián)鎖停機(jī)，解體檢查發(fā)現(xiàn)止推軸承下部瓦塊磨損嚴(yán)重，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子推力面有磨損，筆者就該故障情況進(jìn)行原因排查，并提出改進(jìn)措施。

1 事故原因排查

新裝置五合一機(jī)組（圖1，從左往右依次為蒸汽輪機(jī)、變速箱、離心壓縮機(jī)、電動發(fā)電機(jī)和尾氣膨脹機(jī)）中的膨脹機(jī)以裝置內(nèi)產(chǎn)生的高溫N2作為驅(qū)動源，額定工況為：高壓級進(jìn)氣377t/h，進(jìn)氣壓力5.5bar（1bar=0.1MPa），進(jìn)氣溫度260℃，低壓級排氣壓力1.1bar，排氣溫度89℃；膨脹機(jī)的發(fā)電量17 550kW·h，止推軸承損壞情況如圖2 所示。

圖1 五合一機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖

事故發(fā)生后，西門子專家對止推軸承和推力面的磨損進(jìn)行了分析，認(rèn)為是潤滑油的品質(zhì)及其潔凈度等有問題，并且進(jìn)行了逐項排查：

圖2 止推軸承損壞情況

a. 潤滑油的油品問題。 業(yè)主方提供了潤滑油供應(yīng)商的潤滑油的粘度、 極壓指數(shù)等指標(biāo)，都在五合一機(jī)組要求的潤滑油指標(biāo)范圍內(nèi)，此問題排除。

b. 潤滑油壓力的檢查。 潤滑系統(tǒng)總管壓力正常，對各潤滑點逐個進(jìn)行了測量，膨脹機(jī)潤滑點的油壓正常，此問題排除。

c. 潤滑油的潔凈度問題。 由于潤滑油系統(tǒng)龐大，機(jī)組潤滑油正常循環(huán)用量為65t，雖然潤滑油的潔凈度已經(jīng)達(dá)到7 級，但系統(tǒng)內(nèi)是否存在衛(wèi)生死角卻不得而知，為此，提高潤滑油過濾器的過濾精度，同時提高潤滑油的溫度，加大潤滑油系統(tǒng)的沖洗力度。 由于系統(tǒng)內(nèi)其他4 臺設(shè)備運行正常，故在膨脹機(jī)的潤滑油流道入口處單獨再增加一級過濾，確保進(jìn)入膨脹機(jī)的潤滑油潔凈度完全滿足潤滑要求，但再次調(diào)試膨脹機(jī)時，同樣的問題還是發(fā)生了。 因此，排查安裝或部件組裝問題，然而，對膨脹機(jī)的低壓級轉(zhuǎn)子與惰軸轉(zhuǎn)子的平行度、低壓級轉(zhuǎn)子前后瓦窩的同心度、設(shè)備安裝的水平度及轉(zhuǎn)子軸向間隙等進(jìn)行復(fù)驗后，沒有發(fā)現(xiàn)任何偏差。

2 止推軸承改進(jìn)方案的確定

針對有可能引發(fā)事故的原因進(jìn)行排查均未找到問題所在， 但新裝置投產(chǎn)時間不能耽擱，使用方認(rèn)為應(yīng)該是低壓級轉(zhuǎn)子的止推瓦的承載能力有問題。

五機(jī)合一的空壓機(jī)組， 其他設(shè)備先行調(diào)試時，設(shè)備的軸承都正常，唯獨膨脹機(jī)低壓級葉輪側(cè)推力軸瓦有問題，因此可以判斷問題的關(guān)鍵不在潤滑油，而在推力軸瓦本身。 根據(jù)低壓級轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)子葉輪的偏重情況可知，轉(zhuǎn)子總重量為2 935kg， 其中懸臂式葉輪重量為1 797kg，葉輪直徑為1 600mm，膨脹機(jī)進(jìn)氣升溫時， 葉輪受到氣體膨脹做功的軸向力變化很大，而轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動惰軸承受的是向下的壓力，止推軸承采用米歇爾推力軸承，這就使得止推軸承瓦塊與轉(zhuǎn)子止推面的受力油楔間隙不均衡，特別是外下側(cè)受力大的瓦塊，間隙小，升溫過程中瞬間載荷過大，會導(dǎo)致瓦塊磨損和局部溫度升高。 轉(zhuǎn)子推力面的材料與轉(zhuǎn)子相同， 均為X5CrNiNb16-4，雖然該材料具有較好的耐腐蝕性能和特殊的機(jī)械性能，但沒有做任何耐磨處理，在局部高溫和高速運轉(zhuǎn)的情況下，脫落的錫基合金照樣可以對表面造成磨損，造成維修工作量成倍增加，維修時間長，維修成本高。

金斯伯雷軸承和米歇爾軸承的共同點是活動多塊式，在止推塊下有一個支點，這個支點一般偏離止推塊的中心， 止推塊可以繞支點擺動，根據(jù)載荷和轉(zhuǎn)速的變化形成有利的油膜。 米歇爾軸承止推塊直接與基環(huán)接觸，是單層的；金斯伯雷軸承止推塊下有上水準(zhǔn)塊、下水準(zhǔn)塊，然后才是基環(huán)，相當(dāng)于3 層疊起來。 金斯伯雷軸承的特點是載荷分布均勻，調(diào)節(jié)靈活，能補(bǔ)償轉(zhuǎn)子的不對中、偏斜，并可反轉(zhuǎn)，這種軸承具有良好的均載減載能力。

綜合這些情況， 業(yè)主方提出的解決方案為：西門子重新設(shè)計承受轉(zhuǎn)子軸向力均衡性更好的金斯伯雷止推軸承，同時將轉(zhuǎn)子推力面噴鍍耐磨層。 經(jīng)過3 個月的努力，西門子重新提供了金斯伯雷止推軸承， 并對轉(zhuǎn)子推力面進(jìn)行耐磨處理，膨脹機(jī)再次調(diào)試，一次性通過。

3 結(jié)束語

隨著石化裝置化工工藝的不斷更新，新建化工裝置的要求越來越高， 特別是產(chǎn)能要求更高、運行成本更低，導(dǎo)致設(shè)備的尺寸越做越大；新裝置的應(yīng)用和試運行過程中多少會出現(xiàn)一些問題，解決了就表明新工藝成功了。 浙江某大型石化公司新化工裝置將膨脹機(jī)的止推軸承更換為金斯伯雷軸承之后，設(shè)備轉(zhuǎn)子軸向的受力情況得到了改善，目前已經(jīng)穩(wěn)定運行了2 年。 機(jī)組改進(jìn)通過測試后，裝置的工藝專利迅速在同行中進(jìn)行了推廣，同樣的裝置也已于近日投產(chǎn)成功。