乙烯壓縮機(jī)組軸承溫度波動(dòng)分析與處理

陸建新

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海 200540)

EGTGB2601是中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱上海石化)烯烴部2#烯烴裝置新區(qū)的乙烯壓縮機(jī)，屬于上海石化公司級(jí)的關(guān)鍵機(jī)組，主要為乙烯裝置深冷系統(tǒng)提供-101 ℃、-83 ℃、-61 ℃等級(jí)的冷媒，機(jī)組于2018年6月20日至7月24日進(jìn)行了解體大修。從2019年起，各軸承溫度開始升高并伴有波動(dòng)，其中以汽輪機(jī)主推力瓦ETI26533A/B、副推力瓦ETI26534A、壓縮機(jī)聯(lián)軸器側(cè)徑向軸承ETI26631A波動(dòng)尤甚，該情況使機(jī)組無法達(dá)到“長(zhǎng)穩(wěn)安滿優(yōu)”的運(yùn)行要求，因此需要盡快解決。汽輪機(jī)由杭州汽輪機(jī)制造股份有限公司生產(chǎn)，壓縮機(jī)由上海日立電器有限公司公司制造，與丙烯壓縮機(jī)組EGTGB2501共用一個(gè)油路系統(tǒng)，油箱位號(hào)為EFA25011。在此對(duì)該機(jī)組軸承溫度高的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出一些有效的應(yīng)對(duì)措施和方法，提高了烯烴裝置關(guān)鍵機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行的可靠性，對(duì)解決同類型機(jī)組存在的問題有著重要的參考價(jià)值。

1 軸承溫度波動(dòng)原因分析

1.1 機(jī)組軸承溫度波動(dòng)趨勢(shì)

汽輪機(jī)主推力瓦ETI26533AB溫度上升了20 K，現(xiàn)為70 ℃左右，副推力瓦ETI26534A上升15 K左右，最大值為98 ℃，現(xiàn)為80 ℃左右，壓縮機(jī)聯(lián)軸器側(cè)徑向軸承ETI26631A鋸齒狀波動(dòng)13 K左右。

1.2 軸承進(jìn)油及油膜特性分析

根據(jù)斯特里貝克(Stribeck)對(duì)軸承的摩擦試驗(yàn)得知：軸承的潤(rùn)滑可分為邊界潤(rùn)滑、混合潤(rùn)滑、流體潤(rùn)滑，如圖1所示。潤(rùn)滑油通過進(jìn)油孔連續(xù)進(jìn)入承腔體內(nèi)，在潤(rùn)滑油黏性作用下會(huì)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入右側(cè)間隙內(nèi)(轉(zhuǎn)速n=0到n>0)，沿著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向，間隙越來越小，潤(rùn)滑油被擠壓產(chǎn)生壓力，直到最小間隙位置，其油膜壓力也會(huì)越來越大，產(chǎn)生油膜壓力的區(qū)域也就形成了軸承的承載區(qū)域，當(dāng)油層中壓力的大小能夠平衡外載荷時(shí)，軸就好像浮動(dòng)一樣，這時(shí)在軸與軸瓦之間形成了穩(wěn)定的油層，軸的中心相對(duì)軸瓦中心有一個(gè)偏距。

圖1 潤(rùn)滑基本原理

1.3 潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)軸承溫度波動(dòng)的影響

1.3.1 潤(rùn)滑油的作用

機(jī)組在運(yùn)行過程中，潤(rùn)滑油作為載體，在運(yùn)動(dòng)過程中離子吸附分子帶到運(yùn)動(dòng)副表面，在壓力和溫度的雙重作用下，潤(rùn)滑油內(nèi)特有的離子化合物被激活，滲入金屬表面3～5 μm，吸附磨損微粒填補(bǔ)在摩擦副凹凸不平的表面，并在摩擦力作用下緊密附著在摩擦副凹凸不平的表面，在摩擦副表面形成保護(hù)膜，提高了設(shè)備摩擦副的光滑程度和強(qiáng)度。保護(hù)膜有極強(qiáng)的抗磨、抗極壓性能，極大降低了運(yùn)動(dòng)副表面的摩擦阻力，增強(qiáng)極壓抗磨性能，減少磨損、降低功率損耗和運(yùn)行溫度。

1.3.2 潤(rùn)滑油品質(zhì)對(duì)軸承溫度的影響

(1)潤(rùn)滑油雜質(zhì)(水分)情況分析

潤(rùn)滑油在高溫環(huán)境下，遇到水分、空氣和金屬(銅和鐵)等雜質(zhì)都會(huì)加速氧化，生成羧酸、酯、醇等氧化產(chǎn)物[3]。在高溫氧化環(huán)境中，機(jī)組巴氏合金軸承可承受的溫度高達(dá)120 ℃，軸承周圍的密封空氣溫度更高，那里油膜溫度可達(dá)130 ℃，有的甚至可以達(dá)到140～150 ℃，這已達(dá)到或超過礦物油及添加劑的溫度極限。加上暴露于密封空氣中,油的氧化非常劇烈，會(huì)進(jìn)一步縮聚形成高分子聚合物-漆膜，如圖2所示。如果潤(rùn)滑油黏度太低，軸承與軸頸、推力瓦和推力盤之間油膜厚度太小，潤(rùn)滑油中金屬雜質(zhì)顆粒和軸承上漆膜結(jié)焦顆粒的外形尺寸在數(shù)值上大于最小油膜厚度時(shí)，顆粒隨潤(rùn)滑油通過最小油膜厚度處時(shí)，就會(huì)造成局部金屬接觸，引起推力瓦溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞軸承。

圖2 機(jī)組軸承表面產(chǎn)生的漆膜

2019年2月14日，EGTGB2601/2501機(jī)組的軸承溫度發(fā)生波動(dòng)。在油箱EFA15011中排出大量游離水，排放約10 min后，變成油水混合液體，繼續(xù)緩慢排放，到中午12時(shí)，冷凝水排放干凈，軸承溫度趨于穩(wěn)定。通過現(xiàn)場(chǎng)排查，發(fā)現(xiàn)旁邊蒸汽消音器的排汽通過油箱呼吸帽吸入油箱，如圖3～4所示。

圖3 油箱底部排水口

圖4 蒸汽消音器現(xiàn)場(chǎng)位置

水分會(huì)引起潤(rùn)滑油的腐蝕和氧化，并且不斷積累，從而導(dǎo)致酸值逐漸增加，并可能造成油品的乳化，酸值是衡量油品氧化而產(chǎn)生酸性物質(zhì)的指標(biāo)。

對(duì)“L-TSA 46汽輪機(jī)油(A級(jí))”進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可以看出：潤(rùn)滑油箱內(nèi)的潤(rùn)滑油通過置換后酸值與水分發(fā)生了變化，水分對(duì)軸承溫度有極大的影響。

表1 L-TSA 46汽輪機(jī)油(A級(jí))分析數(shù)據(jù)

(2)潤(rùn)滑油品泡沫性能分析

機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)大多以連續(xù)、循環(huán)方式進(jìn)行潤(rùn)滑。由于輸送、擠壓、攪拌、飛濺、震蕩等作用，空氣被帶入潤(rùn)滑油中產(chǎn)生泡沫，加上油中含有清凈分散劑等表面活性劑，容易產(chǎn)生難以消失的泡沫。這些泡沫若不能及時(shí)消除，不僅會(huì)使得潤(rùn)滑油的冷卻效果下降，氣泡在高壓作用下一旦破裂，產(chǎn)生的能量會(huì)對(duì)軸瓦表面產(chǎn)生沖擊，使金屬產(chǎn)生氣蝕，軸承溫度升高，甚至?xí)霈F(xiàn)管路產(chǎn)生氣阻、潤(rùn)滑油供應(yīng)不足、增大磨損、油箱溢油、油中空氣在油箱中還未來得及完全釋放就被油泵吸入造成油泵抽空等故障。

抗泡劑在潤(rùn)滑油中的溶解度、顆粒度和分散均勻性是決定油品泡沫性能的關(guān)鍵?？古輨┎蝗苡跐?rùn)滑油，而是呈細(xì)小的液珠分散在油中，所以在一定范圍內(nèi)，潤(rùn)滑油的黏度過大或過小都會(huì)使成泡傾向和泡沫穩(wěn)定性降低。因?yàn)轲ざ刃r(shí)，形成氣泡膜的液體容易流失，氣泡壁容易變薄，導(dǎo)致氣泡破裂；黏度太大時(shí)，不易形成氣泡，即使形成了氣泡也難以浮到表面[4]。潤(rùn)滑油的抗泡性以油品生成泡沫的傾向及泡沫的穩(wěn)定性來評(píng)定。

2019年5月，在常規(guī)檢查中發(fā)現(xiàn)從油箱采集的樣品在靜置2 h后，潤(rùn)滑油中還有氣泡。2019年5月30日，中石化潤(rùn)滑油有限公司對(duì)機(jī)組在用長(zhǎng)城L-TSA/LF 46長(zhǎng)壽命汽輪機(jī)油進(jìn)行檢測(cè)分析(GB/T 12579—2002)時(shí)發(fā)現(xiàn)：水質(zhì)量濃度無異常，空氣釋放值良好、抗乳化性能正常；油品中未發(fā)現(xiàn)金屬元素，表明設(shè)備無異常磨損發(fā)生；油品泡沫傾向性偏大(400/440)，但仍在正常范圍(<500)，泡沫穩(wěn)定性和油品消泡能力均正常。

1.4 潤(rùn)滑油運(yùn)行參數(shù)對(duì)軸承溫度的影響

潤(rùn)滑油的運(yùn)行參數(shù)主要包括潤(rùn)滑油的壓力、溫度和流量。軸承進(jìn)油壓力過低，進(jìn)油量將減少，油膜形成不良，就不能達(dá)到冷卻效果；壓力過高或進(jìn)油流量太大，流經(jīng)軸承的油溫度升高后，高溫油回油困難或回油不充分，會(huì)造成軸承溫度升高。期間通過切換、清洗檢查油過濾器，確認(rèn)前后壓差正常；做開、停油箱油霧風(fēng)機(jī)的試驗(yàn)，檢查軸承箱、油箱呼吸帽，確認(rèn)回油正常；按要求調(diào)整冷卻水的溫度，以降低進(jìn)油溫度來提高冷卻效果(標(biāo)準(zhǔn)為45 ℃，最小42 ℃，最大48 ℃，調(diào)整到41 ℃)；調(diào)整單個(gè)軸承進(jìn)口油壓(標(biāo)準(zhǔn)為0.08～0.18 MPa，調(diào)整到0.15 MPa)，軸承溫度無明顯變化，ETI26534溫度不降反升(從94 ℃降低到96 ℃)。下次檢修時(shí)需著重檢查油壓調(diào)節(jié)閥、管路、軸承進(jìn)油孔結(jié)焦、堵塞狀況。

1.5 軸承自身問題對(duì)溫度波動(dòng)的影響

1.5.1 軸承的間隙對(duì)軸承溫度波動(dòng)的影響

可傾瓦軸承的間隙對(duì)軸承溫度影響較大，間隙小會(huì)造成軸承溫度升高，間隙大會(huì)造成振動(dòng)大。因此，對(duì)加工精度的要求尤為嚴(yán)格，每塊瓦塊的厚度公差控制在0.01 mm以內(nèi)，否則，較厚的瓦塊承載加大，溫度比其他瓦塊溫度高。與軸頸的配合公差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對(duì)軸頸的橢圓度、軸系的楊度檢查都要在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，否則由于離心力的作用，頂間隙與側(cè)間隙的不一致，會(huì)造成油膜壓力出現(xiàn)周期性變化[1]，降低油膜的穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生油液內(nèi)的摩擦，增加了軸承運(yùn)行阻力，影響到軸承溫度的升高。

可傾瓦軸承的厚度公差、瓦背結(jié)合面線性控制、銷子橢圓度、緊力、調(diào)整片、銷孔、球面銷(如圖5)或墊片如果出現(xiàn)問題，可傾瓦會(huì)卡澀，將造成軸承下半部可傾瓦載荷分配不均勻、局部載荷偏高、潤(rùn)滑油油楔厚度降低等，導(dǎo)致軸承和軸頸混合摩擦，軸承金屬溫度升高。

圖5 徑向軸承結(jié)構(gòu)

1.5.2 軸承的進(jìn)油與回油對(duì)軸承溫度波動(dòng)的影響

軸承的進(jìn)油孔是控制潤(rùn)滑油油量、建立油膜的重要載體，要求每塊軸瓦的進(jìn)油流量偏差小于10%，如果流量分配不合理，就會(huì)造成軸承軸承溫度升高。因此每個(gè)進(jìn)油孔孔徑的偏差量與孔徑都對(duì)進(jìn)油量有影響，應(yīng)確認(rèn)進(jìn)油管、噴嘴有無泄漏，節(jié)流孔有無結(jié)焦、堵塞現(xiàn)象，檢查軸承兩端油封間隙是否過大，從而造成潤(rùn)滑油泄漏過大導(dǎo)致油膜壓力變化。潤(rùn)滑油溫度升高后，還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)油黏度降低，這樣會(huì)使得軸承油膜難以形成。

2 應(yīng)對(duì)措施

2.1 加強(qiáng)潤(rùn)滑油品質(zhì)監(jiān)測(cè)

對(duì)機(jī)組各回油點(diǎn)、油箱、換熱器出口和脫氣槽采樣分析，油品分析頻次為每月一次全分析，尤其關(guān)注漆膜指數(shù)(MPC)、水分、清潔度。請(qǐng)專業(yè)潤(rùn)滑油分析廠家采集機(jī)組潤(rùn)滑油油樣進(jìn)行分析，尋找油品品質(zhì)的影響因素及改進(jìn)方案。定期對(duì)EFA25011油箱中油進(jìn)行置換，如表2所示，適時(shí)加注5類基礎(chǔ)油(20190911/0924各加2桶)及魔圣納米修復(fù)母液添加劑，同時(shí)恢復(fù)使用L-TSA/LF 46汽輪機(jī)油。

表2 EFA25011油箱置換油明細(xì)

2.2 油箱增設(shè)濾油機(jī)和脫水機(jī)

在油箱處安裝一臺(tái)ESP136濾油機(jī)(圖見6)以去除油箱中的軟性污染物，該濾油機(jī)采用電物理原理，其濾芯是樹脂，能夠有效去除懸浮態(tài)和溶解態(tài)的軟性污染物油箱，并消除漆膜帶來的影響。同時(shí)，還給油箱配備一臺(tái)真空脫水機(jī)(見圖7)，該設(shè)備能夠利用聚結(jié)分離與真空脫水相結(jié)合的技術(shù)，迅速高效地從含水量高的潤(rùn)滑油中分離出大量水分和微水，從而提高油液的潤(rùn)滑性能，減少油液因水分或雜質(zhì)含量過重對(duì)軸承的銹蝕或腐蝕。

圖6 新增的濾油機(jī)

圖7 新增的脫水機(jī)

2.3 排查潤(rùn)滑油中游離水的源頭，移位消音器

對(duì)于潤(rùn)滑油中所含游離水的來源進(jìn)行確認(rèn)，先后排除了油冷卻器泄漏、油箱人孔墊片及頂部其他附件的泄漏，排除了汽封泄漏的可能性。最終通過現(xiàn)場(chǎng)排查，發(fā)現(xiàn)蒸汽消音器的排汽通過油箱呼吸帽吸入油箱。2018年大修時(shí)，油箱排氣增加了除油霧風(fēng)機(jī)，油箱壓力為-450 Pa(油箱氮封正常投用)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行后將油箱北側(cè)消音器排放的水蒸汽通過油箱呼吸帽吸入了油箱，在油箱內(nèi)形成了冷凝水。安排工藝人員暫時(shí)停運(yùn)油霧風(fēng)機(jī)，將消音器進(jìn)行移位后再投用。

2.4 增加定期檢查頻次

為防止?jié)櫥秃坞x水的情況再次發(fā)生，裝置進(jìn)一步加強(qiáng)關(guān)鍵機(jī)組五位一體管理，油箱底部2英寸(折合5.08 cm)排放閥外側(cè)接采樣閥(掛牌)，并安排操作人員定期排放被乳化或積水的潤(rùn)滑油，遇到雨水天比較多的時(shí)候增加排查頻次，同時(shí)定期檢查確認(rèn)油冷器是否有內(nèi)漏情況，控制冷卻器出口油溫在45 ℃左右。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在分析了機(jī)組軸承溫度波動(dòng)的多方面原因后，認(rèn)為其中潤(rùn)滑油的特性及軸承自身穩(wěn)定性差(瓦塊、銷子結(jié)焦卡澀等)等問題需要重點(diǎn)關(guān)注。因此，在機(jī)組大檢修時(shí)需嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)拆檢、安裝，在機(jī)組運(yùn)行中做好潤(rùn)滑系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)制度，提高關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，采取合理的措施與途徑，及時(shí)應(yīng)對(duì)和處理，有效地控制軸承溫度波動(dòng)，穩(wěn)定壓縮機(jī)的運(yùn)行，為裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行提供了有力的保障。