離心式合成氣壓縮機推力軸承溫度高、多次損壞的處理過程及分析

安徽昊源化工集團有限公司 安徽省 236000

摘要：昊源集團18.30配套二期合成氣壓縮機在運行1年時間內，推力軸承溫度一直過高，推力瓦塊巴氏合金多次脫落，現就上述問題的經過及處理過程進行分析。

關鍵詞：推力軸承；溫度高；燒瓦

一、前言

合成氣壓縮機是合成氣項目中的關鍵設備。我廠一臺2BCL528+3BCL459/A離心式壓縮機自2014年4月份開車運行以來一直因為高壓缸推力軸承溫度高制約生產，特對幾次檢修過程總結分析。

二、故障分析與措施

二期合成氣壓縮機由8000KW異步4級電機驅動，經齒輪箱增速至9600r/min帶動低壓缸、高壓缸運行。自2014年5月開始，二期合成氣壓縮機高壓缸推力瓦溫度居高不下，最高時達113℃。該軸承為金斯伯雷推力軸承。8月份對推力軸承進行檢查，發現主推力瓦塊有積炭現象存在。

圖1主推力瓦積炭 圖2主推力瓦燒壞

積炭用1000#砂紙進行清理后投入運行，經過近十天時間主推力瓦溫度從85℃緩慢上漲到98℃。

2014年8月，對推力瓦進行檢查，積炭現象仍然存在。分析認為推力瓦供油不足或回油不暢是造成溫度高的主要原因。有的止推軸承帶油控制環結構，但一般油控制環的出油口經設計偏小，導致軸承體內部潤滑油不能及時排掉，大量熱量在軸承體內蓄積造成。[1]

于是采取了以下措施：主推力瓦瓦塊進油側刮弧形油楔，推力軸承控油環孔由13mm擴為16mm，進油壓力由0.10MPa提高到0.13MPa。經檢修后主推力瓦溫度穩定在85℃左右。

2014年12月25日高壓缸推力瓦在運行溫度96.5℃時燒壞，巴氏合金層脫落、推力盤同時造成磨損。對推力盤稍作處理后，更換推力瓦塊，投入生產。

2014年12月27日推力瓦在運行溫度77.3℃時第二次燒壞，巴氏合金層脫落，推力盤磨損。

針對兩次事故，首先從轉子軸向力增加因素進行分析處理。軸向力增加的因素主要有：

1、壓縮機突然停機：壓縮機突然停機后出口氣體排不出，如處理不當可能造成氣體倒流、密封損壞、軸向力增加。2014年12月21日主電機定子線圈接地燒壞，造成突然停機，后更換電機投入生產。分析認為可能對推力瓦及密封造成一定損傷。

2、操作不當：由于操作不當導致壓縮機入口流量減小，使得進出口壓差增加以及進口沖力減小，造成軸向力增加。第一次燒瓦前20分鐘系統開車過程中合成崗位冰機跳車，壓縮機進口流量出現大幅度波動，導致高壓缸防喘振閥打開。分析認為負荷大幅度波動，軸向推力瞬間過大，造成推力軸承油膜不能建立，是第一次燒瓦的主要原因。

3、級間密封損壞：級間密封損壞將導致葉輪前蓋板處氣體大量流回葉輪入口，從而前蓋板所受壓力降低，結果使軸向力增加。

4、平衡機構失效：平衡機構在正常情況下可平衡一定的軸向力。[2]如果平衡管堵塞、平衡盤密封損壞，都將引起平衡能力下降，軸向力增加的后果。2014年12月30日對高壓缸進行抽芯檢查，平衡管無堵塞，級間密封、平衡盤密封等無損壞、間隙符合設計要求。

5、聯軸器存在預拉伸力。推力軸承修復后，高壓缸驅動端膜片聯軸器接筒含兩端調整墊片8只拆除，高低壓缸轉子同時推向同一側，測量聯軸器端面距離，與接筒外加8只0.5mm調整墊片之和相等。因此排除預拉伸力原因。

其次推力盤光潔度不夠、推力瓦塊厚度相差較大也會引起推力軸承損壞。之前在安裝推力瓦塊時進行了詳細測量厚度差在0.01mm以內，符合要求。分析認為第一次燒瓦之后推力盤未進行仔細修磨，存在兩道1mm寬，0.03mm深環狀溝槽，是造成第二次燒瓦的主要原因。

圖3第一次燒瓦后推力盤修復圖 圖3第二次燒瓦后推力盤修復圖

于是對推力盤進行精磨處理，精磨0.10mm，厚度偏差經百分表檢查在0.01mm以內。精磨后推力盤隨轉子一起返廠作動平衡。磨損量通過從推力軸承背后調整塊加0.10mm銅皮進行調整，之后更換推力瓦塊，投入生產。2015年2月5日高壓缸推力瓦在滿負荷運轉一個月后，在運行溫度80.5℃時第三次燒壞，推力瓦巴氏合金脫落，推力盤損失。分析原因為推力盤第二次修復質量不合格，表面有氧化層，如圖3所示。于是進行推力盤第三次修復，修復后投入生產。

2015年4月12日利用系統斷電機會對高壓缸推力瓦進行檢查發現其中一塊推力瓦存在積炭、點蝕現象，于是重新更換新瓦。

推力瓦積炭、點蝕現象說明高壓缸軸向推力可能超標。表1為壓縮機各段設計工況與現在實際運行工況比較。實際工況明顯偏離設計工況及特性曲線。壓縮機流量超設計負荷4%，軸向推力較大。但目前壓縮機進行平穩，溫度一直穩定在70℃左右，不再出現溫度高、燒瓦現象。

三、結束語

引起推力瓦溫度過高原因應從進回油、軸向推力以及推力軸承和推力盤自身上找原因。徹底解決軸向推力過大問題，還需從增大平衡盤、平衡管和推力瓦面積上進行改造。

表1壓縮機各段工況

新鮮氣循環氣混合氣

段號或中間進/出物流號第一段第二段第三段 混合段

氣體合成氣合成氣合成氣循環氣混合氣

設計工況

體積流量（Nm3/h）679876798767987182013250000

入口壓力（MPa（A））2.9315.1188.08214.16014.160

出口壓力（MPa（A））5.1328.10214.123 15.100

總壓縮比1.7511.5831.747 1.066

實際運行工況

體積流量（Nm3/h）715777157771577190081261658

入口壓力（MPa（A））3.0104.8687.21111.32111.321

出口壓力（MPa（A））4.8807.25011.300 11.816

總壓縮比1.6211.4891.569 1.044

參考文獻：

[1]蘇中帥，周慧，王碩，王延飛，王俊.CO2l離心壓縮機組推力瓦溫高問題的分析[J].機電產品開發與創新，2014，27（3）：20-22.

[2]李榮榮.離心式壓縮機軸向力分析及平衡與消除措施[J].當代化工，2013（2）：773-778