離心式壓縮機軸瓦溫度異常的機理研究

秦 東，李 冬，齊孟偉

（克拉瑪依石化公司檢維修中心，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

某石化公司制氫車間原料壓縮機本體于2018 年大檢修期間進行了返廠改造，改造后的機組型號與原機組型號相同仍是2MCL406，編號由H592 變更為CG328，設(shè)計額定工況進氣量由27 161 Nm3/h 降為22 300 Nm3/h。機組整體結(jié)構(gòu)變化不大，支撐軸瓦仍采用原來的五瓣可傾軸瓦，其中下瓦3 塊、上瓦2 塊，共有2 個測溫探頭，都安裝在下瓦（圖1）。這種瓦的主要特點是，工作時瓦塊可以隨轉(zhuǎn)速、載荷及軸承油溫的變化而自由擺動，自動調(diào)整到形成油楔的最佳位置。該軸承具有良好的穩(wěn)定性和較大的承載能力，以及功耗小和能承受各個方向上的徑向載荷等優(yōu)點，其不足之處是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，安裝、檢修較困難，成本較高。

圖1 支撐瓦

1 機組故障描述

機組于2018 年9 月隨裝置開工而投入運行，在近一年時間里機組運行平穩(wěn)，工藝負(fù)荷恒定。2019 年9 月開始，在未做任何工藝調(diào)整的情況下，原壓機軸瓦溫度出現(xiàn)反復(fù)升高、回落。2019 年10 月26 日對原壓機軸承油壓進行調(diào)整，止推軸承油壓由0.15 MPa 升至0.17 MPa，止推溫度T2560 測溫點由91 ℃降至87.7 ℃，隨后機組軸瓦溫度趨于平穩(wěn)。2019 年11 月24 日因裝置停工檢修，一并拆檢、處理機組軸瓦溫度不穩(wěn)定的問題。機組于2019年11 月25 日開機，運行正常。2020 年2 月13 日，高低壓端支撐瓦溫度又突然出現(xiàn)異常升高、回落，其他各參數(shù)潤滑油壓力、溫度，軸位移、壓縮機進出口溫度、壓力、流量等均較平穩(wěn)。軸瓦溫度的波動給機組的正常運行帶來了極大的干擾，2020 年3 月3 日原料壓縮機被迫計劃停機，對軸瓦進行拆檢，兩次拆檢情況基本相同，主要表現(xiàn)為前后端支撐瓦上下瓦均有積碳，其中上瓦有輕微與軸摩擦的損傷（圖2）。經(jīng)測量，前后端支撐瓦的頂間隙、側(cè)間隙、瓦塊的接觸面積均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，支撐瓦出現(xiàn)溫度突然升高、積碳及輕微損傷的原因不能非常直觀地確定。

圖2 軸瓦積碳情況

2 故障表象分析

對維修前后的運行數(shù)據(jù)及拆檢情況進行分析得出以下結(jié)論：

（1）軸瓦溫度突然升高后短時間內(nèi)又快速下降，甚至比升高前的溫度還要低，工藝及設(shè)備運行參數(shù)未做任何調(diào)整，這說明導(dǎo)致軸瓦溫度升高的因素自動消失，可以判定不是由于機組本身的機械原因引起的。

（2）增大軸瓦的供油壓力可以起到降低軸瓦溫度的作用。

（3）從拆檢情況和前期溫度升高數(shù)據(jù)對應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)積碳較嚴(yán)重的瓦塊溫度也較高，可見積碳和軸瓦溫度之間有關(guān)聯(lián)性。

（4）從支撐瓦上瓦有損傷的情況分析出，積碳會引起軸瓦間隙的改變從而造成支撐瓦上瓦損傷。

由以上4 點，可以看出積碳是引起軸瓦溫度升高的主要原因，只要解決了積碳的問題就可以避免軸瓦溫度反復(fù)升高、波動的問題。

3 軸承積碳原因分析

（1）潤滑油運行過程中形成“漆膜”后導(dǎo)致軸瓦積碳。漆膜的形成過程是一個復(fù)雜的過程，潤滑油在長期使用過程中隨著其本身的不斷氧化而惡化，氧化物產(chǎn)出并開始聚合，逐漸產(chǎn)生可溶的、有極性的、軟性污染物，并溶于潤滑油中，在特定的溫度和壓力下它的濃度達到飽和，它就會析出沉淀在機械系統(tǒng)的各個地方，尤其是金屬表面如軸承、齒輪形成漆膜，潤滑油運行過程中形成“漆膜”后導(dǎo)致軸瓦積碳，漆膜的形成過程是一個復(fù)雜的過程，而漆膜又進一步促進了油品的氧化。此外潤滑油的微燃燒也會導(dǎo)致漆膜的形成，這是由于潤滑油會溶解一定量的空氣，當(dāng)超過溶解極限后，進入油液的空氣以懸浮的方式存在于油品中，當(dāng)潤滑油從低壓區(qū)進入高壓區(qū)域時，這些氣泡受到快速擠壓而爆裂形成微燃燒，由此釋放的能量可以使微小區(qū)域的潤滑油的溫度到達1000 ℃以上，在此溫度下潤滑油發(fā)生熱裂解、形成漆膜。漆膜在軸承不斷堆積，導(dǎo)致軸瓦潤滑不良，造成軸瓦溫度升高，當(dāng)厚度增加至足夠厚時就會讓軸瓦和軸頸干接觸。干接觸的瞬間漆膜會被磨掉一些，軸溫會瞬間上升后再下降，但總體是波浪式上升的狀態(tài)。這也是軸瓦溫度反復(fù)升高、回落的主要原因。

（2）軸承間隙小。故障表現(xiàn)已經(jīng)分析出增大油壓可以降低軸瓦溫度，增高油壓的最主要作用是增加了進油量，在壓力一定的情況下，軸承間隙的大小對進油量起決定性作用。較小的進油量會導(dǎo)致摩擦副中潤滑油流量偏小，潤滑油帶走的摩擦熱較少，這就使得軸承的溫度偏高，從而使軸承瓦塊更容易積碳。從拆檢情況看，支撐瓦上瓦有與軸摩擦的損傷這一點也可以看出，存在機組運行過程中因某種因素引起轉(zhuǎn)子抬起導(dǎo)致軸承間隙變小。拆檢的下瓦有積碳，判斷是由于漆膜在軸承堆積，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子抬起使軸瓦間隙變小，造成軸瓦溫度升高，致使漆膜結(jié)焦脫落，這也是軸瓦溫度出現(xiàn)反復(fù)升高、回落的主要因素。

（3）瓦塊油楔小。油楔小就會導(dǎo)致壓縮機轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動過程中，軸頸帶動進入軸瓦的潤滑油量小，導(dǎo)致軸承的潤滑及冷卻效果不佳，從而使轉(zhuǎn)子與軸承轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的熱量不能及時帶走，導(dǎo)致軸承更容易形成積碳。

4 軸承積碳的解決方案

4.1 避免漆膜的形成

（1）保持油品品質(zhì)是避免漆膜形成的關(guān)鍵，對在用的油品進行分析，發(fā)現(xiàn)油品指標(biāo)基本符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不影響油品使用性能，但由于油品已使用時間較長，油品各方面性能均有所下降，根據(jù)油品分析結(jié)果，油品研究院提出方案對壓縮機潤滑油進行優(yōu)化，在壓縮機前端支撐軸承回油溫度計處添加抗氧劑溶液27 kg，抗磨劑6 kg，抗泡劑40 g，加劑前后機組運行參數(shù)無變化。改善后的油品品質(zhì)有很大改變，性能指標(biāo)有較大提升，具體指標(biāo)見表1。由此可見應(yīng)定期進行油品分析，發(fā)現(xiàn)指標(biāo)異常，及時制定針對措施，確保潤滑油處于良好品質(zhì)對避免漆膜的形成是至關(guān)重要的。

表1 在用油性質(zhì)分析

（2）強化油品冷卻效果，控制系統(tǒng)油溫。油品氧化是漆膜形成的關(guān)鍵因素，氧化的速度受溫度的影響很大，當(dāng)環(huán)境溫度達到60 ℃后，溫度每升高10 ℃油品的氧化速度加快2 倍，如果油品中超過一定量的水則可使油品氧化速度超過10 倍，可見控制油溫的重要性。加強對油冷器的監(jiān)測，保持良好的冷卻效果，將系統(tǒng)油溫控制在一個合理、較低的水平是降低油品氧化速度，避免漆膜形成的一個重要手段。

4.2 增加軸瓦進油楔的寬度

支撐瓦進行積碳清理后，手工刮研軸承，增加油楔的寬度，由原來的4 mm 加寬至約8 mm。查閱相關(guān)文獻、咨詢廠家技術(shù)人員后，在軸瓦油楔部位增加油楔寬度以不超過軸徑接觸線、保證軸承80%的接觸面積為準(zhǔn)，增加軸瓦潤滑油通過量，降低瓦溫。保證軸承進出油量，為解決軸瓦進油量少而導(dǎo)致的軸承溫度高，引起軸瓦積碳的難題，圖3 是改進前后軸瓦寬度的對比。

圖3 改進前后軸瓦寬度

4.3 在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)增加軸瓦間隙

現(xiàn)場用壓鉛絲的方法對軸瓦間隙進行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)原軸瓦間隙雖然在標(biāo)準(zhǔn)（0.10～0.15 mm）范圍之內(nèi)但都在下限附近，驅(qū)動端0.10 mm，非驅(qū)動端0.11 mm；維修技術(shù)人員采用現(xiàn)場刮研的方式將軸瓦間隙調(diào)整到上限0.15 mm，適當(dāng)增大間隙可以增大潤滑油量，能更好地帶走摩擦熱，避免了由于軸瓦間隙小，引起的供油量不足，造成軸瓦溫度高，使聚積在軸瓦的漆膜結(jié)焦形成積碳。

5 結(jié)論

通過對原料壓縮機軸瓦積碳問題的分析，找到了軸瓦溫度反復(fù)波動的原因，并有針對性地采取措施，對軸瓦積碳、溫度反復(fù)升高問題的解決提供思路和對策，為裝置的安全、平穩(wěn)、長周期運行提供保障。