乙烯壓縮機組軸承溫度波動分析與處理

陸建新

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海 200540)

EGTGB2601是中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)烯烴部2#烯烴裝置新區的乙烯壓縮機，屬于上海石化公司級的關鍵機組，主要為乙烯裝置深冷系統提供-101 ℃、-83 ℃、-61 ℃等級的冷媒，機組于2018年6月20日至7月24日進行了解體大修。從2019年起，各軸承溫度開始升高并伴有波動，其中以汽輪機主推力瓦ETI26533A/B、副推力瓦ETI26534A、壓縮機聯軸器側徑向軸承ETI26631A波動尤甚，該情況使機組無法達到“長穩安滿優”的運行要求，因此需要盡快解決。汽輪機由杭州汽輪機制造股份有限公司生產，壓縮機由上海日立電器有限公司公司制造，與丙烯壓縮機組EGTGB2501共用一個油路系統，油箱位號為EFA25011。在此對該機組軸承溫度高的原因進行了詳細分析，提出一些有效的應對措施和方法，提高了烯烴裝置關鍵機組長周期運行的可靠性，對解決同類型機組存在的問題有著重要的參考價值。

1 軸承溫度波動原因分析

1.1 機組軸承溫度波動趨勢

汽輪機主推力瓦ETI26533AB溫度上升了20 K，現為70 ℃左右，副推力瓦ETI26534A上升15 K左右，最大值為98 ℃，現為80 ℃左右，壓縮機聯軸器側徑向軸承ETI26631A鋸齒狀波動13 K左右。

1.2 軸承進油及油膜特性分析

根據斯特里貝克(Stribeck)對軸承的摩擦試驗得知：軸承的潤滑可分為邊界潤滑、混合潤滑、流體潤滑，如圖1所示。潤滑油通過進油孔連續進入承腔體內，在潤滑油黏性作用下會隨著轉子轉動進入右側間隙內(轉速n=0到n>0)，沿著轉子旋轉方向，間隙越來越小，潤滑油被擠壓產生壓力，直到最小間隙位置，其油膜壓力也會越來越大，產生油膜壓力的區域也就形成了軸承的承載區域，當油層中壓力的大小能夠平衡外載荷時，軸就好像浮動一樣，這時在軸與軸瓦之間形成了穩定的油層，軸的中心相對軸瓦中心有一個偏距。

圖1 潤滑基本原理

1.3 潤滑系統對軸承溫度波動的影響

1.3.1 潤滑油的作用

機組在運行過程中，潤滑油作為載體，在運動過程中離子吸附分子帶到運動副表面，在壓力和溫度的雙重作用下，潤滑油內特有的離子化合物被激活，滲入金屬表面3～5 μm，吸附磨損微粒填補在摩擦副凹凸不平的表面，并在摩擦力作用下緊密附著在摩擦副凹凸不平的表面，在摩擦副表面形成保護膜，提高了設備摩擦副的光滑程度和強度。保護膜有極強的抗磨、抗極壓性能，極大降低了運動副表面的摩擦阻力，增強極壓抗磨性能，減少磨損、降低功率損耗和運行溫度。

1.3.2 潤滑油品質對軸承溫度的影響

(1)潤滑油雜質(水分)情況分析

潤滑油在高溫環境下，遇到水分、空氣和金屬(銅和鐵)等雜質都會加速氧化，生成羧酸、酯、醇等氧化產物[3]。在高溫氧化環境中，機組巴氏合金軸承可承受的溫度高達120 ℃，軸承周圍的密封空氣溫度更高，那里油膜溫度可達130 ℃，有的甚至可以達到140～150 ℃，這已達到或超過礦物油及添加劑的溫度極限。加上暴露于密封空氣中,油的氧化非常劇烈，會進一步縮聚形成高分子聚合物-漆膜，如圖2所示。如果潤滑油黏度太低，軸承與軸頸、推力瓦和推力盤之間油膜厚度太小，潤滑油中金屬雜質顆粒和軸承上漆膜結焦顆粒的外形尺寸在數值上大于最小油膜厚度時，顆粒隨潤滑油通過最小油膜厚度處時，就會造成局部金屬接觸，引起推力瓦溫度升高，嚴重時會損壞軸承。

圖2 機組軸承表面產生的漆膜

2019年2月14日，EGTGB2601/2501機組的軸承溫度發生波動。在油箱EFA15011中排出大量游離水，排放約10 min后，變成油水混合液體，繼續緩慢排放，到中午12時，冷凝水排放干凈，軸承溫度趨于穩定。通過現場排查，發現旁邊蒸汽消音器的排汽通過油箱呼吸帽吸入油箱，如圖3～4所示。

圖3 油箱底部排水口

圖4 蒸汽消音器現場位置

水分會引起潤滑油的腐蝕和氧化，并且不斷積累，從而導致酸值逐漸增加，并可能造成油品的乳化，酸值是衡量油品氧化而產生酸性物質的指標。

對“L-TSA 46汽輪機油(A級)”進行分析，數據如表1所示。由表1可以看出：潤滑油箱內的潤滑油通過置換后酸值與水分發生了變化，水分對軸承溫度有極大的影響。

表1 L-TSA 46汽輪機油(A級)分析數據

(2)潤滑油品泡沫性能分析

機組潤滑系統大多以連續、循環方式進行潤滑。由于輸送、擠壓、攪拌、飛濺、震蕩等作用，空氣被帶入潤滑油中產生泡沫，加上油中含有清凈分散劑等表面活性劑，容易產生難以消失的泡沫。這些泡沫若不能及時消除，不僅會使得潤滑油的冷卻效果下降，氣泡在高壓作用下一旦破裂，產生的能量會對軸瓦表面產生沖擊，使金屬產生氣蝕，軸承溫度升高，甚至會出現管路產生氣阻、潤滑油供應不足、增大磨損、油箱溢油、油中空氣在油箱中還未來得及完全釋放就被油泵吸入造成油泵抽空等故障。

抗泡劑在潤滑油中的溶解度、顆粒度和分散均勻性是決定油品泡沫性能的關鍵。抗泡劑不溶于潤滑油，而是呈細小的液珠分散在油中，所以在一定范圍內，潤滑油的黏度過大或過小都會使成泡傾向和泡沫穩定性降低。因為黏度小時，形成氣泡膜的液體容易流失，氣泡壁容易變薄，導致氣泡破裂；黏度太大時，不易形成氣泡，即使形成了氣泡也難以浮到表面[4]。潤滑油的抗泡性以油品生成泡沫的傾向及泡沫的穩定性來評定。

2019年5月，在常規檢查中發現從油箱采集的樣品在靜置2 h后，潤滑油中還有氣泡。2019年5月30日，中石化潤滑油有限公司對機組在用長城L-TSA/LF 46長壽命汽輪機油進行檢測分析(GB/T 12579—2002)時發現：水質量濃度無異常，空氣釋放值良好、抗乳化性能正常；油品中未發現金屬元素，表明設備無異常磨損發生；油品泡沫傾向性偏大(400/440)，但仍在正常范圍(<500)，泡沫穩定性和油品消泡能力均正常。

1.4 潤滑油運行參數對軸承溫度的影響

潤滑油的運行參數主要包括潤滑油的壓力、溫度和流量。軸承進油壓力過低，進油量將減少，油膜形成不良，就不能達到冷卻效果；壓力過高或進油流量太大，流經軸承的油溫度升高后，高溫油回油困難或回油不充分，會造成軸承溫度升高。期間通過切換、清洗檢查油過濾器，確認前后壓差正常；做開、停油箱油霧風機的試驗，檢查軸承箱、油箱呼吸帽，確認回油正常；按要求調整冷卻水的溫度，以降低進油溫度來提高冷卻效果(標準為45 ℃，最小42 ℃，最大48 ℃，調整到41 ℃)；調整單個軸承進口油壓(標準為0.08～0.18 MPa，調整到0.15 MPa)，軸承溫度無明顯變化，ETI26534溫度不降反升(從94 ℃降低到96 ℃)。下次檢修時需著重檢查油壓調節閥、管路、軸承進油孔結焦、堵塞狀況。

1.5 軸承自身問題對溫度波動的影響

1.5.1 軸承的間隙對軸承溫度波動的影響

可傾瓦軸承的間隙對軸承溫度影響較大，間隙小會造成軸承溫度升高，間隙大會造成振動大。因此，對加工精度的要求尤為嚴格，每塊瓦塊的厚度公差控制在0.01 mm以內，否則，較厚的瓦塊承載加大，溫度比其他瓦塊溫度高。與軸頸的配合公差在標準范圍內，對軸頸的橢圓度、軸系的楊度檢查都要在標準以內，否則由于離心力的作用，頂間隙與側間隙的不一致，會造成油膜壓力出現周期性變化[1]，降低油膜的穩定性，從而產生油液內的摩擦，增加了軸承運行阻力，影響到軸承溫度的升高。

可傾瓦軸承的厚度公差、瓦背結合面線性控制、銷子橢圓度、緊力、調整片、銷孔、球面銷(如圖5)或墊片如果出現問題，可傾瓦會卡澀，將造成軸承下半部可傾瓦載荷分配不均勻、局部載荷偏高、潤滑油油楔厚度降低等，導致軸承和軸頸混合摩擦，軸承金屬溫度升高。

圖5 徑向軸承結構

1.5.2 軸承的進油與回油對軸承溫度波動的影響

軸承的進油孔是控制潤滑油油量、建立油膜的重要載體，要求每塊軸瓦的進油流量偏差小于10%，如果流量分配不合理，就會造成軸承軸承溫度升高。因此每個進油孔孔徑的偏差量與孔徑都對進油量有影響，應確認進油管、噴嘴有無泄漏，節流孔有無結焦、堵塞現象，檢查軸承兩端油封間隙是否過大，從而造成潤滑油泄漏過大導致油膜壓力變化。潤滑油溫度升高后，還會導致汽輪機油黏度降低，這樣會使得軸承油膜難以形成。

2 應對措施

2.1 加強潤滑油品質監測

對機組各回油點、油箱、換熱器出口和脫氣槽采樣分析，油品分析頻次為每月一次全分析，尤其關注漆膜指數(MPC)、水分、清潔度。請專業潤滑油分析廠家采集機組潤滑油油樣進行分析，尋找油品品質的影響因素及改進方案。定期對EFA25011油箱中油進行置換，如表2所示，適時加注5類基礎油(20190911/0924各加2桶)及魔圣納米修復母液添加劑，同時恢復使用L-TSA/LF 46汽輪機油。

表2 EFA25011油箱置換油明細

2.2 油箱增設濾油機和脫水機

在油箱處安裝一臺ESP136濾油機(圖見6)以去除油箱中的軟性污染物，該濾油機采用電物理原理，其濾芯是樹脂，能夠有效去除懸浮態和溶解態的軟性污染物油箱，并消除漆膜帶來的影響。同時，還給油箱配備一臺真空脫水機(見圖7)，該設備能夠利用聚結分離與真空脫水相結合的技術，迅速高效地從含水量高的潤滑油中分離出大量水分和微水，從而提高油液的潤滑性能，減少油液因水分或雜質含量過重對軸承的銹蝕或腐蝕。

圖6 新增的濾油機

圖7 新增的脫水機

2.3 排查潤滑油中游離水的源頭，移位消音器

對于潤滑油中所含游離水的來源進行確認，先后排除了油冷卻器泄漏、油箱人孔墊片及頂部其他附件的泄漏，排除了汽封泄漏的可能性。最終通過現場排查，發現蒸汽消音器的排汽通過油箱呼吸帽吸入油箱。2018年大修時，油箱排氣增加了除油霧風機，油箱壓力為-450 Pa(油箱氮封正常投用)，風機運行后將油箱北側消音器排放的水蒸汽通過油箱呼吸帽吸入了油箱，在油箱內形成了冷凝水。安排工藝人員暫時停運油霧風機，將消音器進行移位后再投用。

2.4 增加定期檢查頻次

為防止潤滑油含游離水的情況再次發生，裝置進一步加強關鍵機組五位一體管理，油箱底部2英寸(折合5.08 cm)排放閥外側接采樣閥(掛牌)，并安排操作人員定期排放被乳化或積水的潤滑油，遇到雨水天比較多的時候增加排查頻次，同時定期檢查確認油冷器是否有內漏情況，控制冷卻器出口油溫在45 ℃左右。

3 結語

綜上所述，在分析了機組軸承溫度波動的多方面原因后，認為其中潤滑油的特性及軸承自身穩定性差(瓦塊、銷子結焦卡澀等)等問題需要重點關注。因此，在機組大檢修時需嚴格按標準拆檢、安裝，在機組運行中做好潤滑系統的維護保養制度，提高關鍵環節與重點要素的重視程度，采取合理的措施與途徑，及時應對和處理，有效地控制軸承溫度波動，穩定壓縮機的運行，為裝置長周期平穩運行提供了有力的保障。