循環(huán)氫壓縮機止推瓦塊測溫探頭失效改進(jìn)

文/李寶榮 付正友

渣油加氫循環(huán)氫壓縮機止推瓦塊測溫探頭失效情況以及改進(jìn)措施——渣油加氫循環(huán)氫壓縮機342K102頻繁出現(xiàn)止推瓦塊測溫探頭失效的情況，利用裝置檢修換劑機會，多次采取措施處理改進(jìn)，最終通過改進(jìn)推力軸承布槽的方式予以徹底解決，為機組平穩(wěn)受控運行提打下堅實基礎(chǔ)。

渣油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機組342K102為中石化石家莊煉化150萬t/a渣油加氫裝置的關(guān)鍵機組，由BCL407/B離心式壓縮機和NK25/28/25凝氣式汽輪機組成，壓縮機與汽輪機由膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，壓縮機和汽輪機安裝在共用鋼底座上；整個機組采用潤滑油站供油；潤滑油系統(tǒng)由沈鼓供貨，壓縮機的軸端密封采約翰克蘭密封公司生產(chǎn)的干氣密封，原動機采用杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的汽輪機。

機組情況

止推軸承

渣油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機組342K102采用金斯伯雷型止推軸承。止推軸承的作用是承受壓縮機沒有完全抵消的殘余的軸向推力，以及承受膜片聯(lián)軸器產(chǎn)生的軸向推力。

該離心壓縮機的金斯伯雷止推軸承屬于雙面止推，軸承體水平剖分為上、下兩半，有兩組止推元件，每組有6塊止推瓦塊，置于推力盤兩側(cè)。軸承測溫裝置設(shè)計為間隔選取兩件止推瓦塊分別安裝 100Ω埋入式鉑電阻測溫，主推瓦塊測溫探頭：TISA52201、TISA52202，副推瓦塊測溫探頭：TISA52203、TISA52204。 高報警溫度105℃，高高報警溫度115℃，無聯(lián)鎖。

止推瓦塊工作表面澆鑄一層巴氏合金，等距離的裝到固定環(huán)的槽內(nèi)，推力瓦塊能繞其支點傾斜，使推力瓦塊均勻的承受撓曲旋轉(zhuǎn)軸上變化的軸向推力。止推軸承裝有油控制環(huán)，其作用是當(dāng)軸在高速旋轉(zhuǎn)時，可減少潤滑油紊亂的攪動，使軸承損失功率減少。止推軸承的軸向位置，由調(diào)整墊調(diào)整，調(diào)整墊的厚度在裝配時加工。

供油總管正常油壓為0.275 MPa(G)，推力軸承潤滑油壓0.15 MPa(G)。

工況說明

工藝介質(zhì)：循環(huán)氫，入口壓力：16.2 MPa，出口壓力18.2 MPa。

轉(zhuǎn)速：7 467~12 062 r/min。

第一階臨界轉(zhuǎn)速：4 606 r/min。

第二階臨界轉(zhuǎn)速：17 311 r/min。

測溫探頭失效情況

第1周期

2014年8月~ 2016年4月：開工不足3個月，主副推側(cè)4支軸瓦溫度TISA52201-52204和支撐瓦TISA52205，相繼斷線故障。

第2周期

2016年5月~ 2017年7月：開工6個月后，主副推側(cè)4支軸瓦溫度TISA52201-52204，相繼斷線故障。

第3周期

2017年9月~ 2018年12月：2017/9/26和2017/10/30， 主 副推側(cè)3支軸瓦溫度TISA52201-52203，相繼斷線故障；溫度漏油問題加重。

第4周期

2019年1月~ 2020年3月：2019/3/1和2019/5/14，主副推側(cè)3支軸瓦溫度TISA52201-52203，相繼斷線故障。

失效原因分析和改進(jìn)措施

失效原因分析

針對第1周期軸瓦溫度電纜磨斷問題，初步分析原因是軸瓦安裝大蓋出線口和擋油環(huán)表面粗糙、銳角鋒利，溫度儀表非鎧裝電纜，軸瓦間隙大晃動、無固定卡，容易造成電纜磨斷等異?，F(xiàn)象，如圖1。

圖1 瓦塊順線槽寬度大和擋油環(huán)間隙小

針對第2周期軸瓦溫度斷線問題，初步分析原因是主副推力瓦順線槽寬度大，安裝溫度探頭時，安裝軸承只能由上而下旋轉(zhuǎn)安裝，位置是死的不能調(diào)整，主副推瓦安裝也是由上而下、電線電纜繞軸半圈，電纜過長沒有可靠固定（固定卡），在繞線軸安裝時過度調(diào)整擋油環(huán)就會壓線；瓦塊銳角鋒利，高速轉(zhuǎn)動下也會觸碰溫度電纜，如圖2。

圖2 瓦塊銳角鋒利

針對第3周期軸瓦溫度離線故障問題，停機后檢查擋油環(huán)和固定架位置正常，拆除固定架，溫度沒有松動，溫度電纜繞在推力盤兩側(cè)、遠(yuǎn)離推力盤，沒有明顯劃痕、扯斷，拆除瓦塊末端探頭沒有松動，初步懷疑電纜在軸瓦間隙處受到擠壓，內(nèi)部阻芯折斷導(dǎo)致離線故障；同時，為解決溫度油氣泄漏，需重新選型帶阻漏器的溫度電纜，避免阻芯內(nèi)部油氣外溢，如圖3。

圖3 軸瓦組件相鄰間隙小受到擠壓

針對第4周期軸瓦溫度斷線折斷問題，比較支撐瓦（目前沒有溫度損壞現(xiàn)象）可以看出，支撐瓦內(nèi)部有凹槽可以順線、無磨斷和擠壓問題，判定原因是機組主副推軸瓦設(shè)計不合理，必須采用新引線結(jié)構(gòu)軸承和套環(huán)，通過改進(jìn)設(shè)備引線方式，增加固定備瓦和獨立引線槽，測溫點上部引線等徹底解決斷線問題，如圖4。

圖4 支撐瓦內(nèi)部有凹槽可以順線、無磨斷和擠壓

改進(jìn)措施

第1周期軸瓦溫度改進(jìn)，準(zhǔn)備將擋油環(huán)擴孔和壓縮機外側(cè)大蓋用銼刀將表面磨平、去掉鋒利粗糙表面、降低電線磨損，軸瓦溫度頭部用軟膠封存在瓦孔內(nèi)、避免晃動過大脫開磨斷；改進(jìn)后，壽命周期延長至半年以上，支撐瓦無損壞情況，但主副推軸瓦溫度斷線問題未解決，如圖5。

圖5 安裝大蓋和擋油環(huán)表面粗糙、銳角鋒利改進(jìn)

圖6 電纜集中收攏和探頭末端固定改進(jìn)

第2周期軸瓦溫度改進(jìn)，準(zhǔn)備將瓦塊去除銳角，繼續(xù)用軟膠將溫度末端封存在挖孔內(nèi)，同時，在端蓋處將電纜集中收攏、減少晃動余地；改進(jìn)后，壽命周期延長至半年以上（裝置未達(dá)到滿負(fù)荷），支撐瓦無損壞情況，但由于軸瓦設(shè)計不合理，主副推軸瓦溫度斷線問題未徹底解決，如圖6。

第3周期軸瓦溫度重新選型，增加阻漏器功能，成功解決電纜擠壓后油氣從阻芯泄露外溢問題，但由于裝置長期滿負(fù)荷120%，轉(zhuǎn)速和振動偏高，加速軸瓦溫度損壞，主副推軸瓦溫度斷線問題未徹底解決，如圖7。

第4周期提出采用新引線結(jié)構(gòu)軸承和套環(huán)結(jié)構(gòu)，與沈鼓設(shè)計廠商溝通，設(shè)備專業(yè)審核，改進(jìn)設(shè)備引線方式，增加固定備瓦和獨立引線槽，測溫點上部引線等對軸瓦測溫電阻磨損改造攻關(guān)，如圖8。

圖7 增加阻漏器功能的溫度電纜

當(dāng)推力瓦更換后，帶有孔槽的新瓦軸向厚度變大，推力瓦測量推力間隙為零（要求0.28~0.37 mm），為滿足制造廠要求的裝配間隙，需要重新加工調(diào)整墊。原則上是主副推兩側(cè)同時加工相同尺寸，以保證轉(zhuǎn)子在原軸向位置?？紤]到BCL407/B壓縮機平衡盤裝在最后一級葉輪相鄰的軸端上，在設(shè)計時它平衡掉70%~80%軸向力，使殘余的30%~20%推力作用在止推軸承上，結(jié)合平衡盤、平衡盤密封和干氣密封的工作原理和安裝要求，故也可根據(jù)主副推力瓦的歷史溫度數(shù)據(jù)，拆解下來的止推瓦塊表面情況（是否有磨損，膠狀物附著）等因素來具體確定加工尺寸。

圖8 采用新引線結(jié)構(gòu)軸承和套環(huán)結(jié)構(gòu)

改進(jìn)前、后效果比對

如圖9 ，渣油加氫循環(huán)氫壓縮機止推瓦塊測溫探頭改進(jìn)前后效果。

圖9 渣油加氫循環(huán)氫壓縮機止推瓦塊測溫探頭改進(jìn)前后效果

機組運行情況

目前運行正常，經(jīng)過檢修后的試車，做超速試驗等均無問題。

結(jié)語

循環(huán)氫壓縮機推力瓦溫度探頭失效情況比較普遍，原因分析也較為成熟，從設(shè)計和機械制造方面來看：（1）設(shè)計缺陷屬主要原因。設(shè)計方未全面考慮因推力瓦塊擺動和油流作用造成儀表引線的偏擺量及磨損程度，尤其是機組轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，該問題尤其重要；在布置儀表引線時應(yīng)根據(jù)潤滑油流速和油控制環(huán)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，可將減少設(shè)計缺陷。（2）機械制造方面因溫包孔和油控制環(huán)出線槽處無倒角，加劇了儀表引線的磨損，屬次要原因。

該成功案例可以復(fù)制，方法切實可行，其他裝置在2021年檢修中也要進(jìn)行同樣改造。