煙氣輪機止推軸承溫度偏高分析及改進措施

梁 彬

（茂名天源石化有限公司，廣東 茂名 525011）

主風機組是催化裂化裝置的核心機組，煙氣輪機是主風機組能量回收系統的關鍵設備［1］。煙氣輪機通過高速旋轉做功，驅動軸流式壓縮機，把催化裂化裝置再生煙氣中的熱能和壓力能轉變為機械能［2］。此設備能否正常運行關系到裝置的能量回收和平穩生產。某公司120×104t/a催化裂化裝置2015年擴容改造后，其主風機組煙氣輪機重新投用時出現了止推軸瓦溫度偏高現象，最高時達97℃，引起裝置報警。文中介紹了催化裂化裝置停車期間對煙氣輪機進行的故障原因分析、拆機檢查、實施的技術改進以及重新投用后的運行情況。

1 煙氣輪機使用概況

1.1 所屬裝置與機組

催化裝置2011-11投產，設計加工能力120×104t/a。主風機組主要由煙氣輪機、軸流風機、齒輪變速箱及三相異步電動/發電機組成。其中，軸流風機由西安陜鼓動力股份有限公司設計制造，齒輪變速箱由臺朔重工股份有限公司設計制造，三相異步電動/發電機由佳木斯電機股份有限公司設計制造。

1.2 技術參數

煙汽輪機由渤海裝備蘭州石化機械廠設計制造，型號YL12000I，壓縮級數為1，輸送介質為再生煙氣，煙氣進口體積流量2 685 m3/min（標準狀態），其他技術參數見表1。

表1 YL12000I煙氣輪機技術參數

1.3 利舊改造

2015年催化裂化裝置計劃進行增產提效改造，改造后加工能力提升到170×104t/a。渤海裝備蘭州石化機械廠按照催化裂化裝置170×104t/a的生產能力對煙氣輪機重新進行了核算，認為只需要更換煙氣輪機的外殼及轉子即可滿足生產需求。2015-12裝置擴能改造時，對煙氣輪機同步改造，拆除并更換了新的外殼、轉子，保留了軸承箱以及軸承［3］。

1.4 運行故障

按照安全設置，該煙氣輪機止推軸瓦超溫報警值為90℃，超溫人工停機報警值為100℃。利舊改造后，煙氣輪機試機投產即出現止推軸瓦溫度偏高現象。由于未到計劃檢修時間，同時考慮到溫度雖然偏高，但穩定在95℃，沒有繼續升高的趨勢，執行了在特護狀態下機組繼續運行處理方案。2016-08催化裂化裝置定期停車檢查期間，對其進行了故障分析及技術改進。

2 煙氣輪機運行情況及影響因素分析

2.1 潤滑油系統

通常情況下，外部供油環境，包括潤滑油牌號選錯、進油量不足、軸承進油溫度偏高、潤滑油中帶水或含有其他雜質等均有可能引起煙氣輪機機組軸承溫度偏高［4］。煙汽輪機、軸流壓縮機、齒輪變速箱及三相異步電動/發電機的三機組共用潤滑循環系統見圖1。機組系統潤滑油儲存于主油箱中，系統運行時潤滑油出主油箱，經螺桿泵壓縮并根據泵出口處潤滑油的壓力情況分為3個流路繼續循環。第1個分支流路，當泵的出口壓力大于等于安全閥設定壓力（1.0 MPa）時，返回主油箱，完成一個循環。第2個分支流路，當泵的出口壓力大于等于自力式調節閥設定壓力 （0.8 MPa）時，返回主油箱，完成一個循環。第3個分支流路，經雙聯冷卻器（1用1備）冷卻，再經雙聯濾器（1用1備）過濾，最后分為5個流路繼續循環。

圖1 催化裂化裝置主風機組潤滑油系統圖

第3個分支流路的5個分支循環流路為，①經三閥組輸送至高位油箱，由高位油箱返回主油箱。這一路中，當潤滑系統的潤滑油中斷時，可利用高位油箱差壓將潤滑油返回潤滑油總管送到各潤滑點，保證機組惰走期間潤滑需要。②輸送至電機各軸承點潤滑后匯集到回油總管返回主油箱，完成一個循環。③輸送至齒輪箱進入各軸承點潤滑后匯集到回油總管返回主油箱。④輸送至主風機各軸承潤滑點后匯集到回油總管返回主油箱。⑤輸送至煙氣輪機各軸承潤滑點后匯集到回油總管返回主油箱。

煙氣輪機技術改造前，油冷卻器進口潤滑油溫度為51℃，出口潤滑油溫度為42.5℃,符合煙氣輪機軸承進油溫度35～45℃的要求。取潤滑油油樣做化驗分析，檢測結果也符合相關要求，證明潤滑油產品是合格的［4-7］。此外，主風機組其他設備的軸承溫度并未出現異常現象。綜合判斷認為，外部供油故障引起煙氣輪機止推軸瓦溫度偏高的可能性很小，有必要對煙氣輪機展開拆機檢查。

2.2 軸流風機

煙氣輪機是主風機組中的原動機，通過聯軸器帶動軸流風機、變速箱及電機/發電機的轉子轉動。軸流風機轉軸會隨著工作溫度的變化發生伸縮，此伸縮量會影響聯軸器工作時的位置，可能對主風機組的正常運行產生不良影響。因此，作為一項調節措施，在常溫下進行聯軸器安裝時會預留一定的軸向距離，使轉軸處于預拉伸或預壓縮狀態，以此消除軸流風機的影響。預留的間隙應有合理的范圍，過小會引起振動，過大會使煙氣輪機止推軸承在工作時受到附加的軸向拉力而引起止推軸承溫度高。這個間隙既是軸流風機軸的實際受熱伸長量，也是煙氣輪機與軸流風機聯軸器預留軸端距的標準。

已知軸流風機進口溫度33.7℃，出口溫度196.5℃，軸流風機進、出口間距離2.5 m，按下式計算軸承受熱伸長量［8-9］：

ΔL=αLΔt

式中，ΔL為軸長度受熱伸長量，L為軸原有長度，m；α 為軸材料受熱線膨脹系數，α=12×106℃-1。Δt為受熱前后軸溫度的變化，℃。代入數值計算，得ΔL=0.004 88 m。考慮到軸流風機溫度從入口到出口逐漸升高的實際情況，采用算術平均溫度計算實際伸長量，最終確定的實際伸長量為ΔL/2，即 2.44 mm。

經測量，煙氣輪機與軸流風機聯軸器兩端面凸凹之間距為315 mm，中間連接節長度加上調整墊片厚度總長為312.24 mm。基于測量數據計算的軸承端距為315－312.24=2.76(mm)，軸承端距預留標準為2.44 mm，二者相差 0.32 mm，說明軸端距變大了，所以需要通過加墊片進行調整。

2.3 止推軸承

YL12000I煙氣輪機止推軸承為金斯伯雷式軸承，實物見圖2。

圖2 止推軸承座下半部分

這種止推軸承主要部件包括止推瓦塊、上水準塊（上搖塊）、下水準塊（下搖塊）及基環，各部件間的接觸為球面支點接觸。

球面支點接觸的優點是，可以保證止推瓦塊和水準塊（搖塊）自由擺動，使載荷分布均勻。當止推盤隨軸傾斜時，推力瓦塊可通過上、下水準塊自動找平，使得所有推力瓦塊保持在同一平面上，從而與推力盤形成均勻接觸，保證所有的推力瓦塊均勻承受軸向推力，避免引起局部磨損。球面支點接觸也有明顯的缺點，即沒有調整墊片，止推間隙難以通過墊片調整。

2.4 止推軸瓦

按照說明書規定，止推軸承的軸向間隙應在0.25～0.33 mm。經檢測，止推軸承的軸向間隙為0.18 mm，明顯偏小。通常認為，止推軸承是依靠轉動產生的離心力把依附在其表面的潤滑油甩出來達到降溫的目的的。止推間隙不足時，止推盤與止推軸瓦間的油膜厚度會減小，被甩出的潤滑油相應減少，冷卻效果就會下降，從而引起止推軸瓦溫度升高［10-12］。

拆開止推瓦塊查看，表面未見損傷，襯塊也無夾渣、氣孔、脫落及裂紋等缺陷。將襯塊放入煤油中，滲透30 min后涂白粉檢查，未見脫殼現象。用著色法檢查，各瓦塊的巴氏合金表面與止推盤表面接觸面積不低于75%，接觸點達 3～4點/cm,瓦塊背部承力面光潔，無燒灼、膠合及壓痕等重載痕跡。經測量，每塊瓦塊厚度誤差小于0.01 mm,止推瓦塊各定位螺釘配合間隙正確，止推瓦塊可以自由擺動［13-14］。

綜合分析認為，止推軸瓦軸向間隙比標準值小0.07 mm是止推軸瓦溫度偏高的主要原因。

2.5 止推盤

止推盤表面太粗糙、有溝槽或發生凸起等都可能破壞油膜，甚至磨壞瓦塊。對止推盤進行目測和量具測量，結果表明，止推盤表面光潔平整，表面粗糙度Ra=1.8μm,未發現徑向溝痕，軸向溝槽深度不超過0.02 mm，止推盤厚度沿圓周偏差不超過0.01 mm,軸向跳動不超過0.015 mm。因此推斷，止推盤狀況良好，不會引起止推軸瓦溫度偏高［15-16］。

3 煙氣輪機故障原因及改進措施

3.1 故障原因

對煙氣輪機潤滑油供應、軸流風機、止推軸承、止推軸瓦以及止推盤運行情況及影響因素的分析表明，引起煙氣輪機止推軸承溫度超標的原因主要有2個,①煙氣輪機與軸流風機軸承端距偏大。②止推軸承軸向間隙太小。其中,止推軸承軸向間隙太小是主要原因。

3.2 改進措施

3.2.1 止推間隙調整

止推軸承軸向間隙的調節通常采用間接方法，即通過加減副止推軸瓦基環墊片數量來改變止推軸承的軸向間隙。YL12000I煙氣輪機止推軸承零部件裝配圖見圖3。從圖3可看出，副止推軸瓦基環安裝在定位槽中，在上軸承座有防止基環轉動的螺釘從徑向進行緊固。下軸承座沒有防止基環轉動的螺釘，定位槽中沒有加減墊片的軸向位置。因此，通過加減墊片調整YL12000I煙氣輪機止推軸承軸瓦軸向間隙的操作方案是不可行的。

圖3 止推軸承零部件裝配圖

2015-12煙氣輪機安裝階段止推瓦間隙偏小情況已經存在，但由于多種原因一直未作處理。投產后止推軸瓦溫度一直偏高，2016-08裝置停汽消缺檢修時用手工修復的方式進行間隙調整。具體操作工序為，①把2000目金相砂紙放在平臺上，固定4個角。②測量副止推軸瓦厚度。③把副止推軸瓦放在砂紙上作8字型研磨。④研磨后測量瓦塊厚度，比較瓦塊各部位厚度，若厚度不一致則進行局部刮研，同時在止推盤上用著色法進行接觸情況檢查。④反復多次，直到滿足每塊軸瓦與止推盤均勻接觸，每塊軸瓦厚度差不大于0.2 mm,表面接觸面積不低于75%，接觸點不少于3～4點/cm，止推軸瓦軸向間隙達到0.29 mm的組裝要求。

3.2.2 聯軸器軸端距調整

針對煙氣輪機與軸流風機軸承端距比安裝標準大0.32 mm的情況,在聯軸器中間連接節處增加0.3 mm厚的不銹鋼墊片。

3.2.3 軸瓦油囊修復

主止推軸承瓦塊長時間在高溫下運行導致瓦塊油囊破損，在不影響止推瓦塊有效受力面積的情況下，用刮刀輕輕在瓦塊進油邊沿入油方向刮研修復，使瓦塊進油側巴氏合金呈圓滑過渡，易于進油和形成油膜，以增加瓦塊進油量［17］。修復前后主止推軸承裝配數據見表2。

表2 改進前后主止推軸承裝配數據 mm

4 改進后煙氣輪機運行情況

2016-08煙氣輪機技術改造完成。改進前后主止推軸承軸瓦各瓦塊溫度見表3。由表3可知，改進后止推軸承溫度降到報警值以下，達到了預期改進效果。

表3 改進前后主止推軸承各瓦塊溫度 ℃

5 結語

煙氣輪機止推軸承改造于2016-08完成。主風機組重新投運后運行狀況良好，煙氣輪機止推軸承軸瓦溫度正常。實踐證明，煙氣輪機止推軸承改造有效解決了止推軸承軸瓦溫度偏高報警問題，提高了機組運行安全性，減少了操作人員勞動強度，為解決類似問題積累了經驗。