離心式壓縮機軸電流腐蝕現象的分析與處理

佟永龍

摘要：離心式壓縮機作為在大型石油、化工裝置中的核心裝置，保持穩定運行至關重要。在導致壓縮機軸瓦溫度升高、軸位移增大、軸振動波動的因素中，軸電流腐蝕現象不容忽視。綜合分析離心壓縮機實際案例，軸電流腐蝕是通過對推力軸瓦、支撐軸瓦產生放電熔化造成，在破壞軸瓦、轉子的同時，也嚴重的影響機組運行安全。軸電流腐蝕現象并不常見，經常會按離心壓縮機其他類型問題進行處理，通過了解現象、產生原因等，總結一些有效的處理措施，如：采用安裝接地裝置、改變油膜厚度及停車檢修軸瓦等，可有效的預防與處理此類問題的發生。

關鍵詞：軸電流;腐蝕;軸瓦

1 ?離心壓縮機軸電流腐蝕現象介紹

離心壓縮機屬于高速旋轉機械，在運行中轉子與軸瓦中間會形成一道油膜，起到支撐、潤滑及絕緣的作用。由于轉子對地電阻的存在，在特定條件下，就會建立對地電壓。當電壓升高到某一數值，會在電阻最小的區域流通擊穿，發生電火花放電。放電過程將熔化金屬粒子，在金屬表面形成細小的電腐蝕凹坑。

在凹坑增多后，金屬表面變得粗糙沒有光澤，如果發生在軸瓦表面將造成永久性的機械磨損。熔化的金屬粒子進入潤滑油系統，將使潤滑油性能降低，破壞轉子與軸瓦之間的油膜絕緣性，加劇電腐蝕的進展。

由于軸電流腐蝕的作用，軸瓦表面的巴氏合金將出現越來越多的凹坑，這不僅會改變原有的軸瓦間隙，更會導致油膜剛度不足，軸瓦開始受到摩擦、局部高溫，甚至燒毀。轉子在旋轉過程中也會誘發油膜渦動，造成轉子的運行不穩定。油膜與轉子的不穩定反過來影響油膜絕緣效果，加劇電火花放電。在相互影響下最終導致軸瓦與轉子的嚴重損傷。

2 ?軸電流的形成原因

在發電機組中最早發現了由于轉子帶電產生軸電流造成機械元件損傷。近年來，在電機、蒸汽汽輪機及離心壓縮機等旋轉設備中也多次發現軸電流腐蝕現象。經過研究表明，這種電腐蝕是由旋轉機械中存在的軸電流造成的[1]。

從外部因素來看，有外部對轉子施加的電位。對于電機一類的轉子主要有磁力線的分布不對稱及轉子的磁化。而在蒸汽汽輪機，尤其是冷凝式汽輪機上，大量的濕蒸汽粒子相互碰撞、摩擦帶電，高速噴射的蒸汽流與汽輪機動葉片間的摩擦所產生的電荷累積靜電效應等諸多因素，都會在發電機運行時使轉子大軸表面產生軸電壓[2]。此外，離心壓縮機的轉子在加工、裝配過程中容易產成靜電，使轉子帶磁。而離心壓縮機的潤滑油在通過濾芯過程中，由于濾網孔徑很小，僅十幾微米，油分子在不停的與濾網碰撞、摩擦過程中導致分子帶電。由于潤滑油是一種非導電介質，它將會把電荷轉移到轉子軸徑處產生電位。

3 ?離心壓縮機軸電流腐蝕實例診斷

軸電流腐蝕軸瓦的周期相對較長，在發生初期很難被發現。在軸電流腐蝕加劇過程中，壓縮機會產生軸瓦溫度持續升高，軸位移持續增大等現象。這種升高與增大的狀態通過調整壓縮機轉速、負荷及軸向力無法得到有效、長期的改善。

通過總結多起離心壓縮機發生軸電流腐蝕現象發現：當軸電流腐蝕發生在推力軸瓦部位時，主要表現為推力瓦溫、軸位移持續上漲。拆檢后的推力軸瓦及推力盤處有明顯凹坑;當軸電流腐蝕發生在支撐軸瓦部位時，主要表現為支撐軸瓦溫度持續升高，轉子振動增大并加劇。拆檢后的軸瓦巴氏合金層呈現坑洼，轉子有明顯磨損。

國內某化肥廠空分機組正常開車后發現，增壓機軸位移持續上漲，最高達到0.52mm（報警值0.50mm、聯鎖值0.70mm），溫度上漲到101℃（報警值105℃、聯鎖值115℃）。期間通過升高推力軸承潤滑油壓來調整，軸位移和軸瓦溫度上漲趨勢沒有變化。機組拆檢軸瓦后發現推力瓦塊有凹坑（如圖1）、轉子軸徑處有磨損（如圖2）。

4 ?預防與改進措施

減小或消除軸電流對離心壓縮機軸瓦的腐蝕，主要是限制轉子軸電壓的上漲。引起軸電流腐蝕的電壓一般在20V以上，造成軸瓦腐蝕的電壓在30V以上。如果將轉子電壓降低到1V以下，基本不會產生軸電流腐蝕的現象。

4.1 安裝接地裝置

通常使用的是在離心壓縮機上安裝接地裝置，用碳刷、金屬滑靴等方法使轉子接地，消除轉子靜電點位。將壓縮機的軸承區、潤滑油管路連接起來進行絕緣，這樣軸瓦與支持定子部件無金屬接觸，阻斷了軸電流回路。

例如：國內某煤制油裝置離心壓縮機組，在運行多年后，軸位移開始上漲并有持續增大的趨勢，從剛開始的0.15mm左右持續上漲至0.45mm左右。在壓縮機軸端加裝一個導電線接地后，軸位移上漲趨勢停止，穩定在0.42mm 左右。在加裝導電線之前，測量軸電壓達200V以上，加裝后軸電壓降至2V以下。機組停車后發現軸電流腐蝕現象，在更換軸瓦，安裝接地電刷后，機組運行平穩，軸位移正常。

4.2 改變油膜厚度

對于在運行過程中已經發生軸電流腐蝕的離心壓縮機，可采用改變油膜厚度的方法減緩腐蝕速度。如，改變潤滑油的粘度、改變軸瓦處潤滑油的供給量、改變壓縮機轉速與負荷。

4.3 停車檢修處理

在離心壓縮機發生軸電流腐蝕現象后，可以先對接地裝置進行全面檢查或加裝。除了進行在線處理以外，還需要盡早停車進行檢查與處理。已經發生軸電流腐蝕的軸瓦瓦塊需要及時更換，或采用一種高性能復合金屬材料，如銅鎳合金瓦塊。由于銅鎳合金具有優異的導電、導熱、耐蝕性[3]，銅鎳合金軸瓦澆筑、制造技術已經成熟，軸瓦逐漸在市場上應用。轉子可以采用高斯表測量帶磁情況，一旦超標，通過專業熱處理工藝或專業消磁裝置進行處理。

5 ?結語

在離心壓縮機結構中，推力軸瓦、支撐軸瓦、轉子軸徑、轉子推力盤是容易產生軸電流腐蝕的部位。軸瓦與轉子的在受到一定程度的損傷時，如不采取措施進行改善，軸瓦損傷與轉子損傷又會相互影響，使損傷持續加劇，軸承油膜與轉子系統將失穩失衡。因此，離心壓縮機在加工、制造中需要進行有效的預防;在發生軸電流腐蝕問題后采取一些對應的措施進行處理。

參考文獻：

[1]王潛.旋轉機械中一種新的電腐蝕機理-軸電流腐蝕[J].武漢化工學院學報，2002，24（3）：78-80.

[2]黃巍.汽輪發電機軸電流報警原因分析及處理[J].電力與能源，2018，39（4）：560-563.

[3]徐群杰.銅鎳合金耐蝕性影響的研究進展[J].上海電力學院學報，2007，23（2）：157-162.