離心式壓縮機軸瓦溫度高原因分析與處理

劉建中，王衛(wèi)宇

（陜西有色天宏瑞科硅材料有限責任公司，陜西榆林 719200）

1 離心式壓縮機簡介

陜西有色天宏瑞科硅材料有限責任公司某生產裝置，配套循環(huán)量約30 000 m3/h 的四級離心式壓縮機，輸送介質為氫氣。Pinnacle LF-2000 離心式壓縮機為核心機組（圖1），其通過電機驅動輸入軸，輸入軸和大齒輪為一體，大齒輪帶動高速軸運行，高速旋轉的葉輪帶動氫氣高速旋轉，氫氣在離心力的作用下，壓力升高。另一方面氫氣流速增加，在流經擴壓器的通道時流道口徑逐漸增大，前面的氫氣分子流速降低，后面的氫氣分子不斷涌流向前，使氫氣的絕大部分動能轉變?yōu)殪o壓能，進一步起到增壓的作用，氫氣再通過外管路流入下一級葉輪進一步壓縮，從而使氫氣壓力達到工藝所需的要求[1]。

圖1 四級離心機壓縮機結構

離心式壓縮機的特點有：①結構緊湊、零部件重量較輕，排氣流量大；②易損零部件少，運行穩(wěn)定、使用壽命長；③運輸氣體介質與潤滑油隔離，供氣純度高。

2 機組故障描述

該離心式壓縮機已投用4 年，在運行中發(fā)現(xiàn)高速軸軸瓦溫度逐步上升，其中第4 級軸瓦溫度上升最為明顯，正常狀態(tài)下的溫度曲線規(guī)則且保持在同一水平線，軸瓦溫度異常時的曲線不規(guī)則且呈上漲趨勢（圖2）。

圖2 各級軸瓦的溫度曲線

拆解壓縮機后，清理各級葉輪、高速軸并更換各級軸瓦，但未能解決軸瓦溫度高的問題（圖3、圖4）。

圖3 葉輪

圖4 高速軸瓦

3 故障原因分析

通過檢測軸與軸瓦間隙值、高速軸振動值、位移值等均在設計標準范圍內，排除機械方面導致軸瓦溫度高的原因。

檢修發(fā)現(xiàn)高速軸附著不溶凝聚物，分析判斷軸瓦溫度高由該附著物造成。經過用MPC（Membrane Patch Colorimetry，漆膜傾向指數）法對油品化驗檢測，分析該不溶凝聚物為漆膜。

因為該潤滑系統(tǒng)無流量監(jiān)測，通過外置超聲波流量檢測儀檢測，潤滑油流量較正常值低約1/3。

綜合分析后認為，因為潤滑油流量下降，在軸瓦處造成潤滑不良、局部產生高溫，長時間運行后會導致軸瓦處潤滑油因高溫變質、產生漆膜。該物質不斷地聚集附著，使高速軸運動時摩擦力變大產生熱量，導致軸瓦溫度逐漸升高（圖5）。

圖5 高速軸附著漆膜

4 漆膜的基本認識

4.1 定義

漆膜是一種高分子烴類聚合物，是油品氧化的產物，顏色從淺棕色、棕色至棕褐色。漆膜在使用一段時間的機械設備油液中普遍存在，尤其在汽輪機油和高壓力，高轉速的液壓系統(tǒng)中更為常見。漆膜有極性，易粘附在金屬表面，危害主要有：①裝配間隙變小，增加了接觸面的摩擦，使軸瓦溫度上升；②油換熱器上附著的漆膜導致?lián)Q熱效率下降、油液溫度上升、油品氧化加速；③堵塞潤滑油濾芯，油液循環(huán)不暢。

4.2 形成機理

（1）油品的氧化。潤滑油在使用過程中做不到絕對密封，空氣、水、接觸的金屬不可避免會混入潤滑油，研究顯示這些物質是加速潤滑油氧化變質的根本原因。

（2）油液的“微燃燒”。通常情況下，潤滑油中溶解的空氣飽和后，進入油液的空氣以小氣泡狀態(tài)懸浮在油液中。常壓狀態(tài)的潤滑油被泵入機械嚙合的部位受到擠壓，潤滑油里的小氣泡被壓縮升溫，使油液具備“微燃燒”條件，生成微小粒徑的不溶物，這些不溶物帶有極性，易粘附到金屬表面從而形成漆膜。

（3）油液中的電火花現(xiàn)象。潤滑油經過微小間隙處，如閥芯、精細濾芯時，分子間內摩擦產生靜電，累積后突然放靜電，局部產生高溫，此時也易生成漆膜。

4.3 測定方法及標尺

漆膜的顆粒尺寸通常小于1 μm，常規(guī)的油液分析方法如黏度指數、機械雜質、水分等很難檢測出漆膜。目前應用較多的檢測方法是MPC 法（ASTM D7843—2016《油液漆膜傾向性測試》）[2]，檢測報告為漆膜傾向指數，濾膜上沉積物越多、顏色越深則數值越大，其標尺為：0≤MPC＜15 時，正常；15≤MPC＜25 時，為監(jiān)控狀態(tài)；25≤MPC＜35 時，為異常狀態(tài)；35≤MPC 時，為危險臨界點。

5 漆膜的處理

通過對漆膜的深入研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的機械過濾和簡單換油無法有效清除掉潤滑油系統(tǒng)中已經存在的漆膜，手動清洗的弊端是無法清除油冷器、油管內壁附著的漆膜，化學清洗的弊端是殘留液會腐蝕機械零件。目前市場可行的漆膜數量方法有3 種。

（1）離子交換樹脂過濾法。離子交換樹脂的吸附原理如圖6所示：交換基團分為固定部分和活動部分，固定部分被束縛在高分子基體上，不能自由移動、成為固定離子，活動部分與固定部分以離子鍵的方式結合在一起，成為可交換離子；固定離子和活動離子分別帶相反電荷，在溶液中活動部分離解成自由移動的離子，與溶液中的其他帶同種電荷的有害離子（如油品降解產物、漆膜、積碳等）發(fā)生交換，使之與固定離子相結合，被牢牢吸附在交換基團上，從而除去溶液中的有害離子。

圖6 離子交換樹脂吸附原理

（2）靜電吸附過濾法。靜電吸附是利用直流靜電發(fā)生器產生高壓靜電場，使油中微小顆粒物極化而分別顯示正、負電性，帶電極的微小顆粒在電磁場的作用下向相反電極方向游動，不帶電極的中性顆粒被帶電粒子擠著移動，最終帶電與不帶電的微小顆粒物都將依附于收集器上（圖7）。

圖7 靜電吸附過濾原理

（3）“靜電吸附+樹脂吸附”法。該方法利用樹脂吸附油液中溶解的漆膜，電荷吸附油液中懸浮的漆膜，效率高，后期樹脂耗材較低。

綜合分析比較，采用“靜電吸附+樹脂吸附”方法的效率更高，僅需5～7 d 即可處理完2000 L 潤滑油。

6 結語

通過對漆膜的處理，機組軸瓦溫度已恢復正常（圖8）。機組故障處理過程中，深刻認識到漆膜的危害性。由于漆膜的產生不易被發(fā)現(xiàn)，后期設備檢修時，應在關注機械問題的同時高度重視潤滑油漆膜問題，避免設備出現(xiàn)問題就盲目更換備件，造成浪費。

圖8 維修后各級軸瓦的溫度曲線