天然氣壓縮機軸承溫度異常原因分析及對策

侯松，張廣玉，盧志勇

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

海洋石油富島有限公司二期化肥項目設(shè)計生產(chǎn)能力為4.5×105t/a 合成氨、8×105t/a 大顆粒尿素，裝置于2003 年9 月30 日建成投產(chǎn)。合成氨裝置采用美國KBR 深冷凈化器工藝，天然氣壓縮機組是合成氨裝置中的重要設(shè)備之一，該機組由一臺中壓凝汽式汽輪機和一臺多級離心式壓縮機組成，壓縮機（設(shè)備位號：102J）的主要設(shè)備性能參數(shù)見表1。

表1 102J 主要設(shè)備性能參數(shù)表Table 1 Parameters 102J of main equipment performance

1 問題的提出

2015 年4 月，102J 機組根據(jù)運行周期進行解體大修，更換了止推軸承和干氣密封。4 月18 日，機組恢復(fù)運行，發(fā)現(xiàn)壓縮機止推軸承的TE7190、TE7191、TE7192、TE7193 四個溫度測點均比檢修前出現(xiàn)明顯上漲，由正常值75 ℃以下最高升至104 ℃，已經(jīng)觸發(fā)一級報警，威脅機組的安全穩(wěn)定運行，止推軸承溫度趨勢見圖1。

2 止推軸承溫度高的原因及排查

2.1 潤滑油品質(zhì)達(dá)不到要求

潤滑油長期使用后，主要參數(shù)將會逐步偏離指標(biāo)，潤滑效果變差。如果油品不清潔，存在異物污染，帶入軸承后會使軸瓦刮傷，甚至使軸承溫度升高而引起巴氏合金熔化；油中有水進入，會影響壓力油膜的形成，達(dá)不到良好潤滑的效果，給軸承造成較大的損傷。油品分析報告，見圖2。各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求，排除油品劣化造成止推軸承溫度高的可能。

2.2 潤滑油供給量不足

如果潤滑油供給量不足，將導(dǎo)致潤滑不良，引起軸承溫度升高，嚴(yán)重時會使巴氏合金熔化。造成潤滑油油量不足的原因有油泵打量不足、潤滑油壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)整過低、供油管線或者進油孔有異物堵塞等。經(jīng)過仔細(xì)排查，潤滑油總管壓力0.25 MPa，軸承潤滑油進油壓力為0.1 MPa，壓力滿足設(shè)計要求，潤滑油管路檢查暢通，所以排除潤滑油供給量不足的可 能。

圖1 2015 年102J 止推軸承溫度趨勢Fig.1 Temperature trend of 102J thrust bearing in 2015

圖2 潤滑油分析報告Fig.2 Lubricating oil analysis report

2.3 潤滑油進油溫度高

如果潤滑油進油溫度高，將會造成機組軸承潤滑不良，軸承溫度升高[1]。造成潤滑油溫度高的原因有潤滑油冷卻器結(jié)垢，換熱效率下降；油冷卻器循環(huán)水溫度升高等。通過排查確認(rèn)，潤滑油冷卻器檢修期間剛剛進行過機械水射流清洗。根據(jù)WPKS 數(shù)據(jù)顯示，潤滑油溫在檢修前后基本一致，沒有明顯變化，見圖3。所以排除潤滑油溫高造成止推軸承溫度高的可能。

2.4 壓縮機平衡盤系統(tǒng)出現(xiàn)問題

圖3 油溫與軸承溫度趨勢Fig.3 Oil temperature and bearing temperature trend

離心式壓縮機高速運行的轉(zhuǎn)子始終存在著由高壓端指向低壓端的軸向力。轉(zhuǎn)子在軸向力的作用下，將沿軸向力的方向產(chǎn)生軸向位移，轉(zhuǎn)子的軸向位移將使軸頸與軸瓦間產(chǎn)生相對運動，因此可能造成軸瓦或軸頸拉傷，嚴(yán)重時將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子元件與定子元件的摩擦、碰撞乃至機器損壞[2]。102J 機組為了減少轉(zhuǎn)子軸向力的破壞，設(shè)置了平衡盤系統(tǒng)用來平衡轉(zhuǎn)子大部分軸向力，少部分軸向力依靠止推軸承承受。如果平衡盤密封漏氣增大，或者平衡管堵塞，可能會導(dǎo)致壓縮機平衡盤系統(tǒng)出現(xiàn)問題，平衡盤的作用不能正常發(fā)揮，使轉(zhuǎn)子軸向力施加到止推軸承上，進而引起止推軸承溫度升高。根據(jù)機組檢修記錄，確認(rèn)平衡盤間隙正常、管路無堵塞，系統(tǒng)是完好的，所以排除平衡盤系統(tǒng)問題造成止推軸承溫度高的原因。

2.5 止推軸承間隙安裝不當(dāng)

離心式壓縮機軸向力的平衡和消除主要依靠平衡盤系統(tǒng)，少部分軸向力依靠止推軸承分擔(dān)。止推軸承作為靜止件，由止推間隙確定轉(zhuǎn)子的軸向位置，轉(zhuǎn)子的剩余軸向力會使它靠緊止推軸承（中間有一層極薄的油膜），從而限制轉(zhuǎn)子竄動。止推間隙根據(jù)運動部件的熱膨脹系數(shù)進行設(shè)計，間隙太大會因為軸竄動而導(dǎo)致動、靜部件出現(xiàn)問題；間隙太小則無法補償熱漲量，易造成止推軸承溫度升高。止推間隙設(shè)計值：0.25 ～ 0.35 mm，更換止推軸承后安裝值0.25 mm，處于設(shè)計值的下限，易造成軸承溫度升高。因此，止推間隙偏小可能是造成止推軸承溫度升高的原因。

綜上，經(jīng)過分析和排查，造成壓縮機止推軸承溫度高的原因可能是止推軸承間隙偏小。

3 處理措施及運行效果

3.1 止推間隙調(diào)整及軸瓦倒角處理

2016 年4 月，裝置停車檢查102J 止推軸承。調(diào)整止推軸承間隙值至0.33 mm，同時檢查供油回路。根據(jù)軸瓦潤滑進油通道設(shè)計，對止推瓦塊巴氏合金棱角面進行擴大倒角處理，以增大潤滑油的進油量，更好的潤滑和冷卻。通過調(diào)整處理，機組開車后，止推軸承溫度出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)，TE7191、TE7192、TE7193均恢復(fù)到76 ℃以下的正常值，只有TE7190 還存在單點偏高，見圖4。

圖4 2016 年102J 止推軸承溫度趨勢Fig.4 Temperature trend of 102J thrust bearing in 2016

3.2 止推軸承瓦塊倒角處理

2017 年4 月，因機組干氣密封故障再次檢修，更換新的干氣密封。檢查止推軸承狀況良好，根據(jù)上次檢修后的效果，再次對軸瓦巴氏合金棱角進行倒角處理，以更好地增加潤滑油的進油量。經(jīng)過此次處理，檢修后開車，止推軸承的四個溫度測點均恢復(fù)到了正常值70 ℃以下，見圖5。

圖5 2017 年102J 止推軸承溫度趨勢Fig.5 Temperature trend of 102J thrust bearing in 2017

3.3 運行效果

經(jīng)過對天然氣壓縮機止推軸承間隙進行調(diào)整，解決了止推軸承溫度高問題。對止推軸瓦巴氏合金棱角進行倒角處理，減少潤滑阻力，使軸承溫度處于良好狀態(tài)，機組恢復(fù)正常穩(wěn)定運行。

4 結(jié)束語

天然氣壓縮機是合成氨裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，止推軸承溫度異常偏高不利于機組的長期穩(wěn)定運行。本文通過對壓縮機止推軸承溫度異常原因進行分析及效果驗證，得出止推軸承止推間隙偏小是造成止推軸承溫度升高的主要原因。通過調(diào)整止推間隙后，使軸承溫度恢復(fù)正常。通過采取增大止推瓦塊巴氏合金平面倒角量措施，改善軸承潤滑效果，使軸承溫度更加平穩(wěn)，保證壓縮機的安全穩(wěn)定運行。