離心式壓縮機(jī)軸瓦高溫故障分析及處理措施淺析

張長(zhǎng)樂(lè)

（山東陽(yáng)煤恒通化工股份有限公司，山東 郯城 276100）

化工行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用離心式壓縮機(jī)輸送氯氣，效率高、安全性高。2015年6月山東陽(yáng)煤恒通化工股份有限公司投入運(yùn)行1 臺(tái)德國(guó)某品牌氯氣離心式壓縮機(jī)，用于干燥氯氣輸送，運(yùn)行3年來(lái)比較穩(wěn)定。按設(shè)備說(shuō)明書(shū)要求于2018年5月進(jìn)行拆解維護(hù)、換油，投運(yùn)后，徑向軸瓦和推力軸瓦頻繁出現(xiàn)高溫報(bào)警及聯(lián)鎖停機(jī)的故障。為此，對(duì)軸瓦高溫原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，采取改進(jìn)措施，消除了壓縮機(jī)軸瓦高溫隱患，壓縮機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行。

1 壓縮機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)

1.1 壓縮機(jī)的工作原理

氯氣離心式壓縮機(jī)，高速旋轉(zhuǎn)軸上安裝葉輪，布置在氣缸內(nèi)，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將機(jī)械能傳遞給氯氣，增加氯氣的動(dòng)能，并在擴(kuò)壓器中把動(dòng)能充分地轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能，以提高氯氣壓力，完成氯氣的加壓工藝。

1.2 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

1.2.1 基本結(jié)構(gòu)

該壓縮機(jī)為四級(jí)壓縮，葉輪數(shù)量為4 個(gè)，級(jí)數(shù)布置方式，靠近電機(jī)側(cè)為第一級(jí)壓縮，依次為二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)。電機(jī)通過(guò)增速器帶動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，徑向軸瓦為可傾瓦式巴氏合金滑動(dòng)軸瓦，分別布置在壓縮機(jī)兩端；推力軸瓦設(shè)在非電機(jī)側(cè)，和壓縮機(jī)的非電機(jī)側(cè)徑向軸瓦設(shè)在同一個(gè)軸承室內(nèi)。

1.2.2 技術(shù)參數(shù)

流量為8500Nm3/h，入口壓力為0.095Mpa，出口壓力為0.8Mpa，入口溫度25 ℃，出口溫度86 ℃，轉(zhuǎn)速為10446rpm，電機(jī)功率980KW；潤(rùn)滑方式為潤(rùn)滑站集中供油潤(rùn)滑。

2 離心式壓縮機(jī)故障原因與潤(rùn)滑分析

2.1 軸瓦故障分析

（1）壓縮機(jī)計(jì)劃維護(hù)保養(yǎng)換油后出現(xiàn)軸瓦高溫報(bào)警，該壓縮機(jī)按計(jì)劃維修后換用46#渦輪機(jī)油，于2018年5月28 日開(kāi)機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行至7月9 日，頻繁出現(xiàn)軸瓦高溫報(bào)警和聯(lián)鎖停機(jī)的故障，具體故障過(guò)程如表1。

表1 故障過(guò)程統(tǒng)計(jì)表

（2）軸瓦高溫故障分析，對(duì)2018年6月21 日推力軸瓦拆解時(shí)發(fā)現(xiàn)1～2 片瓦劃傷較嚴(yán)重，如圖1 所示，瓦面粘附不同程度淺棕色結(jié)焦物，從結(jié)構(gòu)和顏色分析應(yīng)該是漆膜，是引起推力瓦高溫的主要原因。2018年7月9 日，非電機(jī)側(cè)徑向軸瓦再次出現(xiàn)高溫趨勢(shì)，而電機(jī)側(cè)低溫端軸瓦沒(méi)有高溫現(xiàn)象，停機(jī)拆解時(shí)發(fā)現(xiàn)上次清洗過(guò)的瓦面再次形成淺棕色結(jié)焦物，如圖2 所示，淺棕色結(jié)焦物的形成與前后4 次報(bào)警拆解分析，懷疑與本次換油有關(guān)，自換油后斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)高溫報(bào)警，同時(shí)發(fā)現(xiàn)軸瓦表面粘附物與油品高溫氧化變質(zhì)有關(guān)。維修換油之后，報(bào)警、停機(jī)故障的直接表現(xiàn)為軸瓦溫度高，說(shuō)明徑向軸瓦和推力軸瓦沒(méi)有建立起連續(xù)穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜，導(dǎo)致軸和軸瓦局部高點(diǎn)直接接觸，摩擦產(chǎn)生大量熱量，潤(rùn)滑油無(wú)法把熱量全部帶出，軸瓦溫度升高，說(shuō)明選用的潤(rùn)滑油粘溫性差，不適合長(zhǎng)期高溫運(yùn)行；從4 次高溫停機(jī)檢查情況來(lái)看，軸瓦表面均有淺棕色結(jié)焦物粘附，其中一次軸瓦表面有輕微摩擦現(xiàn)象，說(shuō)明軸瓦和軸有直接接觸劃傷的情況，軸瓦附著的焦?fàn)钗锸馆S與瓦的表面間隙縮小，摩擦產(chǎn)生高溫，使軸瓦無(wú)法建立連續(xù)穩(wěn)定的油膜，導(dǎo)致潤(rùn)滑部分失效；淺棕色結(jié)焦物產(chǎn)生的原因分析，壓縮機(jī)非電機(jī)側(cè)軸瓦，靠近壓縮機(jī)末級(jí)葉輪，轉(zhuǎn)速高、溫度高、負(fù)荷大，壓縮機(jī)加壓并入系統(tǒng)后，壓縮機(jī)末級(jí)氣體出口溫度為95℃，葉輪和軸溫度逐步升高，溫度通過(guò)主軸傳遞，軸瓦工作溫度也會(huì)相應(yīng)升高。從運(yùn)行數(shù)據(jù)看，比一級(jí)葉輪附近的徑向軸瓦溫度平均高10～13℃。

圖1 推力瓦劃傷與漆膜

圖2 徑向瓦面結(jié)焦

2.2 潤(rùn)滑用油分析

（1）選用潤(rùn)滑油分析

設(shè)備推薦用油為專(zhuān)用渦輪機(jī)油，實(shí)為合成級(jí)潤(rùn)滑油，本次維檢更換油為46#渦輪機(jī)油，屬于礦物級(jí)潤(rùn)滑油，46#渦輪機(jī)油技術(shù)參數(shù)，粘度指數(shù)90～104,40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度41.4～50.6mm2/s，開(kāi)口閃點(diǎn)186～230 ℃，傾點(diǎn)不高于-6℃。礦物型潤(rùn)滑油不適合長(zhǎng)期超出65℃的溫度區(qū)域使用，在高溫運(yùn)行時(shí)，油品氧化速度快速增加，油中分離過(guò)氧化物。這些過(guò)氧化物聚集反應(yīng)粘附于軸瓦表面形成漆膜，破壞油膜形成。維保前使用進(jìn)口品牌的專(zhuān)用渦輪機(jī)油，運(yùn)行3年正常，而維修后更換礦物級(jí)潤(rùn)滑油出現(xiàn)軸瓦表面有淺棕色焦?fàn)钗铮瑢?dǎo)致軸和軸瓦之間形成油膜不完整，軸與瓦摩擦引起熱膨脹使軸與瓦間隙縮小，油膜難以建立，潤(rùn)滑逐步失效，最后導(dǎo)致溫度居高無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，如不及時(shí)停機(jī)檢修，后果將是抱軸化瓦。礦物級(jí)46#渦輪機(jī)油和停車(chē)前使用的合成渦輪機(jī)上質(zhì)量上存在較大差別，礦物級(jí)油粘度指數(shù)相對(duì)較低，抗氧化性、粘溫特性較差，造成油品氧化速度加快。由于軸瓦連續(xù)運(yùn)行溫度超過(guò)75℃，礦物油的高溫抗氧化性能極不穩(wěn)定，逐漸析出產(chǎn)生淺棕色焦?fàn)钗镎掣皆谳S瓦表面，破壞軸瓦表面形狀，使?jié)櫥湍o(wú)法建立，導(dǎo)致潤(rùn)滑失效產(chǎn)生，是故障發(fā)生的根源。

（2）形成漆膜原因與危害分析

一般情況下，渦輪機(jī)油因循環(huán)應(yīng)用會(huì)溶解一定量的空氣，進(jìn)入油液的空氣以懸浮形式存在油液中。渦輪機(jī)油經(jīng)過(guò)油泵加壓到高壓區(qū)后，這些懸浮在油中的小氣泡被急速壓縮，導(dǎo)致油液溫度迅速升高，造成油液微區(qū)絕熱“微燃燒”，生成極小尺寸的不溶物。這些不溶物有極性、極不穩(wěn)定，易粘附到軸瓦表面從而形成漆膜。相對(duì)而言，礦物型渦輪機(jī)油在80～90℃的高溫區(qū)運(yùn)行，更容易產(chǎn)生漆膜。從幾次高溫停機(jī)檢查軸瓦表面均有淺棕黃色的膠狀物實(shí)際為漆膜。漆膜主要危害包括：減少軸瓦間隙，增加摩擦，產(chǎn)生多余熱量，堵塞過(guò)濾器造成設(shè)備潤(rùn)滑不良，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致抱軸化瓦事故。

3 軸瓦潤(rùn)滑與維護(hù)升級(jí)措施

3.1 合理選用潤(rùn)滑用油

查閱大量資料和運(yùn)行數(shù)據(jù)，選用46#合成型長(zhǎng)壽命極壓汽輪機(jī)油為氯氣壓縮機(jī)用油，粘度指數(shù)121，40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度47.05 mm2/s，開(kāi)口閃點(diǎn)232℃，傾點(diǎn)-35℃，抗乳化5min 分離，銅片銹蝕（100℃,3h）1b 級(jí)，使用工作溫度-30～120℃。此油主要以合成基礎(chǔ)油組成，突出的耐高溫、抗熱氧化安定性，長(zhǎng)期使用也不會(huì)產(chǎn)生有害的沉淀物和漆膜；優(yōu)良的極壓抗磨性能，有效保護(hù)軸瓦潤(rùn)滑性，減少維修和更換費(fèi)用。

3.2 在用油定時(shí)檢測(cè)分析

對(duì)在用油理化指標(biāo)檢測(cè)分析，檢測(cè)周期3 個(gè)月，檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)：粘度、酸值、破乳化、清潔度等。在潤(rùn)滑站處增加一套油品凈化系統(tǒng)，濾芯過(guò)濾精度3μm，采用定時(shí)過(guò)濾和檢測(cè)超標(biāo)過(guò)濾方式，確保在用油清潔度NAS7 級(jí)內(nèi)。進(jìn)行全指標(biāo)化驗(yàn)分析，定期跟蹤潤(rùn)滑油品質(zhì)在合格范圍內(nèi)。

3.3 對(duì)壓縮機(jī)軸瓦漆膜清洗檢修

油箱油路用油沖洗后換油為46#合成型長(zhǎng)壽命極壓汽輪機(jī)油，2018年7月10 日，氯氣壓縮機(jī)再次開(kāi)機(jī)，2年來(lái)跟蹤監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)徑向軸瓦運(yùn)行溫度穩(wěn)定在71℃左右，推力瓦溫度在66℃左右，徑向軸瓦溫度降低5～10℃。運(yùn)行正常，未出現(xiàn)過(guò)軸瓦高溫等類(lèi)似問(wèn)題。

3.4 提高設(shè)備潤(rùn)滑技術(shù)管理

離心式壓縮機(jī)唯一沒(méi)有聯(lián)鎖功能的就是潤(rùn)滑油品質(zhì)及其變化的監(jiān)控，其它振動(dòng)、溫度都有聯(lián)鎖保護(hù)。所以要重視潤(rùn)滑管理，特別是大型機(jī)組的潤(rùn)滑油品質(zhì)變化管理。潤(rùn)滑技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是選用適合的潤(rùn)滑油，從更換油品后的使用效果看，更換使用合成級(jí)潤(rùn)滑油和提升在用油品清潔度，消除了離心壓縮機(jī)存在的軸瓦高溫問(wèn)題。將設(shè)備故障與潤(rùn)滑管理結(jié)合分析，才能杜絕設(shè)備故障的頻繁發(fā)生，實(shí)現(xiàn)設(shè)備長(zhǎng)周期、高效、安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

離心式壓縮機(jī)正常運(yùn)行與潤(rùn)滑技術(shù)科學(xué)應(yīng)用關(guān)系非常大，尤其是高速、重負(fù)荷的離心式壓縮機(jī)的安全運(yùn)行更離不開(kāi)穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜。對(duì)設(shè)備的潤(rùn)滑維護(hù)可以避免設(shè)備故障發(fā)生，做好轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備管理首先從潤(rùn)滑做起，每個(gè)設(shè)備管理人員必須熟練掌握潤(rùn)滑維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)，并應(yīng)用到實(shí)踐中去，時(shí)刻保持潤(rùn)滑的正常運(yùn)作是重中之重，把設(shè)備潤(rùn)滑作為核心內(nèi)容管理，這樣才能更好地保障包括離心式壓縮機(jī)在內(nèi)的大型轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的穩(wěn)定長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。