蠟油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機汽輪機軸承溫度升高原因分析及對策

魏文，劉明輝，鐘湘生，李小明

（浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000）

國內(nèi)某煉化大型煉化一體化項目建設(shè)有320×104t·a-1蠟油加氫處理裝置，采用托普索公司的固定床油加蠟氫脫硫工藝技術(shù)，以直餾蠟油和渣油加氫蠟油的混合油為原料，經(jīng)過催化加氫反應(yīng)，進行脫除硫、氮、金屬等雜質(zhì)，降低殘?zhí)己?。裝置循環(huán)氫壓縮機選用單缸多級筒型離心式，由背壓式透平驅(qū)動，不設(shè)備機運行平穩(wěn)與否直接關(guān)系到整個裝置的正常運行[1]，而汽輪機作為循環(huán)氫壓縮機驅(qū)動機更是機組運行正常與否的關(guān)鍵。

1 裝置簡介

1.1 工藝流程

裝置原料油換熱升溫后進入原料油緩沖罐。經(jīng)加氫進料泵升壓后與混合氫混合，依次經(jīng)換熱升溫、加熱爐加熱至反應(yīng)所需溫度后進入加氫反應(yīng)器進行反應(yīng)，將原料中的硫、氮、氧等化合物轉(zhuǎn)化為硫化氫、氨、水，原料中的烯烴、芳烴進行加氫飽和，并脫除原料中的金屬等雜質(zhì)[2]。反應(yīng)器出來的反應(yīng)流出物依次經(jīng)換熱后進入熱高壓分。熱高分氣體經(jīng)換熱后，再經(jīng)熱高分氣空冷器冷至50 ℃進入冷高分。冷卻后的熱高分氣在冷高分中進行油、氣、水三相分離。自冷高分頂部出來的循環(huán)氫進入循環(huán)氫脫硫塔脫硫，脫硫后的循環(huán)氫自塔頂出來，經(jīng)循環(huán)氫壓縮機入口分液罐分液后進入循環(huán)氫壓縮機升壓，然后分成兩路，一路作為急冷氫去加氫反應(yīng)器控制床層溫升，另一路與來自新氫壓縮機的新氫混合成為混合氫（圖1）。

1.2 機組流程

脫硫后的循環(huán)氫自循環(huán)氫脫硫塔頂出來，經(jīng)循環(huán)氫壓縮機入口分液罐分液后進入循環(huán)氫壓縮機升壓，然后分成兩路，一路作為急冷氫去加氫反應(yīng)器控制反應(yīng)器床層溫升，另一路與來自新氫壓縮機出口的新氫混合成為混合氫（圖2）。

在整個生產(chǎn)過程中，循環(huán)氫壓縮機作為加氫裝置的核心機組，主要發(fā)揮以下幾點作用：1）維持反應(yīng)器中較高的氫分壓，防止催化劑結(jié)焦[3]。2）循環(huán)氫作為熱傳遞載體，控制反應(yīng)溫度和床層溫升。及時帶出反應(yīng)熱，避免造成“飛溫”[4]。3）改善催化劑床層反應(yīng)物的分布狀況，促使液體進料均勻分布在整個催化劑床層，從而提高反應(yīng)性能。4）防止過度裂解。在反應(yīng)物未再次裂解之前，將產(chǎn)品汽化帶走，以盡可能減少產(chǎn)品裂解變?yōu)榈椭诞a(chǎn)品[5]。

1.3 機組情況

壓縮機擬采用單缸多級筒型離心式壓縮機，壓縮機軸功率～4 458 kW，由低壓背壓式蒸汽輪機（設(shè)計技術(shù)參數(shù)見表1）驅(qū)動，額定功率～4 904 kW，壓縮機與汽輪機之間采用膜片式聯(lián)軸器，軸封采用帶有中間迷宮密封的串聯(lián)式干氣密封。潤滑系統(tǒng)采用壓力潤滑，機組設(shè)有液壓沖擊式盤車機構(gòu)。

表1 汽輪機技術(shù)參數(shù)

2 問題分析

2.1 運行狀況

該裝置自2021年7月份投產(chǎn)以來，負荷平均保持在85%，循環(huán)氫壓縮機負荷穩(wěn)定、運行平穩(wěn)。該壓縮機的汽輪機驅(qū)動端軸瓦溫度TI73033 從12月20日有上升趨勢，12月31日達100 ℃。通過調(diào)整進軸瓦油壓和油溫、置換潤滑油等措施，汽輪機驅(qū)動端仍然有多次波動，汽輪機驅(qū)動端軸瓦溫度TI73033 最高波動至106 ℃。

2.2 問題分析

在汽輪機組故障中，軸承溫度升高是較為常見的問題，引發(fā)軸承溫度升高的因素眾多，只要與汽輪機相關(guān)的零件故障均可能會導(dǎo)致其出現(xiàn)異常溫度、振動升高[6]。如負荷變化、油溫、油質(zhì)、轉(zhuǎn)子以及進汽參數(shù)波動等。因此在汽輪機軸承溫度波動期間，先后檢查了驅(qū)動蒸汽及背壓蒸汽系統(tǒng)，壓力和溫度均無波動；檢查了軸系的溫度及振動儀表，全部顯示正確；檢查了潤滑油品質(zhì)，機雜、含水和粘度分析合格；由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而引發(fā)振動導(dǎo)致軸承溫度升高時，軸向振動值會有大幅升高，而本機雖有升高，但幅度并不大。從諸多影響因素排查的結(jié)果表明，與該壓縮機的汽輪機相關(guān)的運行條件均保持穩(wěn)定。

排除了以上諸多影響因素，汽輪機軸承溫度升高只能從自身結(jié)構(gòu)展開分析。該汽輪機徑向軸承使用阻尼軸承，這種軸承安裝在前、后軸承座中，作用是承受轉(zhuǎn)子的靜、動載荷，保持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中心與汽缸中心之間正確的位置關(guān)系，是轉(zhuǎn)子與汽缸導(dǎo)葉持環(huán)、氣封等靜體的徑向間隙在規(guī)定范圍之內(nèi)[7]。同時，在運行工況范圍（轉(zhuǎn)速、負荷）內(nèi)的軸承油膜剛度、阻尼系數(shù)等特性可以確保轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)功能穩(wěn)定、安全長期運行。但是與目前流行的可傾瓦軸承相比，各方面性能稍遜，對比如表2所示。

表2 阻尼軸承與可傾瓦軸承對比

在軸承溫度從正常運行時的 85 ℃上升到106 ℃的過程中，軸系振動值由正常運行時的22～25μm 上升到35～38μm，與正常機組的運行軸振動相比偏高，阻尼軸承的實際效果沒有達到預(yù)期。從以上對比結(jié)果判斷，該汽輪機軸承溫度上升與自身結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，從瓦背面到瓦表面的供油形式回油量較小，容易引起油膜形成不好[8]，較長弧長的瓦塊不利于熱量帶走，這時軸承溫度就會大幅上升。

結(jié)合該項目其它循環(huán)氫壓縮機軸瓦溫度偏高且頻繁波動拆檢后的情況，驅(qū)動端支撐瓦有結(jié)焦積碳情況，且瓦溫高的瓦塊巴氏合金出現(xiàn)明顯開裂，瓦面有一定程度磨損（圖3）。原因是該軸瓦瓦塊布置采用中心支撐形式，損壞的瓦塊正好處于正下方，轉(zhuǎn)子靜止或低速轉(zhuǎn)動時，承載最大[9]。瓦塊的微小缺陷容易擴大，導(dǎo)致開裂，進而影響油膜剛度，造成瓦溫偏高且不穩(wěn)定。潤滑油漆膜造成瓦塊表面明顯結(jié)焦，加之瓦溫偏高，進一步加劇了潤滑油的氧化和漆膜形成，造成惡性循環(huán)。

根據(jù)以上分析可以確定，蠟油加氫處理裝置循環(huán)氫壓縮機汽輪機軸承溫度升高的主要原因為軸瓦的結(jié)焦積碳，結(jié)焦積碳物質(zhì)是潤滑油產(chǎn)生的漆膜。該汽輪機使用的阻尼軸承結(jié)構(gòu)，從瓦背面到瓦表面的供油形式回油量較小，引起油膜形成不好，同時瓦塊可能存在微小缺陷，影響油膜剛度，造成瓦溫偏高。而潤滑油漆膜造成瓦塊表面結(jié)焦，又導(dǎo)致潤滑油的氧化和漆膜形成導(dǎo)致軸承溫度升高，形成了惡性循環(huán)。

3 對策

1）操作上通過穩(wěn)定裝置負荷進而穩(wěn)定壓縮機組負荷，減少轉(zhuǎn)速、防喘等相關(guān)參數(shù)調(diào)整頻次，穩(wěn)定汽輪機的運行工況。

2）提高潤滑油供油壓力0.02～0.05 MPa，降低潤滑油溫度2～3 ℃，同時開啟油站外部濾油機24 h不間斷運行，對現(xiàn)油站在用潤滑油循環(huán)多次過濾，最大限度減少潤滑油所攜帶機雜等的影響。同時采購有除漆膜功能的濾油機，對潤滑油進行外循環(huán)過濾，降低潤滑油中軟性沉積物（漆膜前身），降低潤滑油漆膜傾向指數(shù)[10]，改善軸瓦的潤滑情況，保證機組長周期穩(wěn)定運行。

3）目前在用的殼牌Turbo 46 渦輪機油是殼牌最基礎(chǔ)的一款潤滑油品，抗氧化性能等相對較差。應(yīng)對機組潤滑油進行升級，更換為抗氧化性、抗漆膜效果更好的Turbo S4GX 46 渦輪機油。

4）待該機組停機檢修時，要對有缺陷的瓦塊進行更換，保證瓦塊厚度一致，接觸良好，PT 檢測合格。對軸瓦進油口修刮油楔，軸承控油環(huán)出油孔進行擴孔0.1～0.2 mm，保證熱油的回油，緩解積碳問題。

前三條措施實施后，該壓縮機機的汽輪機驅(qū)動端軸瓦溫度TI73033 自2022年1月25日下降至85 ℃，運行基本平穩(wěn)。

4 結(jié)束語

針對該汽輪機軸承溫度升高的現(xiàn)場，通過對軸系儀表、壓縮機負荷、潤滑油、轉(zhuǎn)子以及汽輪機進汽參數(shù)等的排查，對照同項目渣油加氫裝置壓縮機拆檢情況，判斷出主要原因是該汽輪機采用的阻尼軸承結(jié)構(gòu)缺陷，造成潤滑油產(chǎn)生的漆膜在軸瓦上結(jié)焦積碳。采取了調(diào)整潤滑油油壓、油溫，外部濾油機24 h 運行，更換抗氧化性、抗漆膜效果更好的渦輪機油等對策后，汽輪機驅(qū)動端軸承溫度趨于平穩(wěn)。但是這些調(diào)整不能徹底改善軸瓦溫度異常的情況，根治措施還是要停機檢修更換瓦塊，對軸瓦進油口修刮油楔，軸承控油環(huán)出油孔擴孔，緩解積碳問題。在停機前若軸承溫度上升，還可以通過降低機組負荷，使軸瓦溫度有一定改善。