空分設備空壓機軸振故障的分析與處理

周 強

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214400）

引言

興澄特鋼制氧廠共有4 套全低壓流程空分裝置。其中KDNOAr-39 000∕38 000∕1 460 空分裝置于2009 年9 月投產，一直運行平穩，未出現較大問題，但近期該空壓機在運行過程中頻繁出現二級軸溫高并伴有Y 向軸振高的故障，多次因監測數值波動引發減產甚至停機事故。

1 空壓機設備簡況

38 000 m3∕h制氧機組空壓機采用的是三級離心式壓縮機，型號為GT 063L2K1，由低噪音單螺旋正齒的增速齒輪組驅動，空氣排氣量為196 000 m3∕h，吸入空氣壓力98.4 kPa，排氣壓力0.6 MPa。空氣壓縮機是整個空分的核心設備。

2 空壓機故障現象

2022 年7 月至11 月，38 000 m3∕h 制氧機組空壓機在運行期間二級Y 向發生軸振波動60 次（達到報警值61 μm），停機2次（達到停機聯鎖值96 μm），嚴重影響空分設備的正常運行，因次只能減負荷運行，并計劃停機解體大修。

空壓機出現軸振嚴重波動主要在3個階段：

（1）提高氧氣產量階段，出口氧氣產量提升，必然需要增加空壓機的進氣量。空壓機導葉開度增大，負荷變大會導致二級軸振和軸溫升高。

（2）天氣炎熱、氣溫較高時，空氣壓力偏低，空氣單位密度比較稀薄，空壓機需要調整自身導葉來獲取更多空氣，因此會導致軸溫和軸振偏高。另外在夏季循環水溫度高，油冷卻器冷卻效果不好，導致油溫高時（不能形成很好的油膜），也會使軸振升高。

（3）提升排氣壓力階段，受排氣壓力影響，級間滯留的氣體量增加，會導致軸振動增加，造成高報警聯鎖。

3 空壓機軸振故障分析

該壓縮機從投產運行至今從未進行過大修，每年僅對該設備定期小保養，包括機油、機油濾芯和油霧濾芯更換，每半年對油質進行分析。

2022年7月的一次小保養結束后發現該機在啟動運行后二級軸承振動達到了90 μm，軸溫為116 ℃（系統設定的振動報警值為61 μm，溫度報警值115 ℃，跳車振動為96 μm），該振動對設備的正常運行影響較大，稍有不慎就會跳車，影響整套制氧機組的運行，造成重大設備事故。經現場分析初步判斷為更換機油濾芯時濾芯被污染，有雜質進入軸瓦內部，破壞了油膜的形成，導致潤滑不良，溫度升高，影響軸振。

檢修人員隨即將原有精度為10 μm的濾芯更換為5 μm 的濾芯，重新進行啟動，運行2 h 之后溫度、振動慢慢提升至報警值，決定停機檢查。

4 空壓機軸振故障處理

檢修人員對齒輪箱內部儀表器件、氣封、油封及軸承進行拆解。此設備所有軸承都為止推軸承，軸瓦及止推面材料均為巴氏合金，軸承座內有注油孔，當設備高速運轉時可通過注油孔給軸瓦潤滑，在軸瓦表面形成油膜，使其具有良好的潤滑性能。但該油膜一旦遭到破壞，就會出現軸承溫度升高，合金燒毀甚至剝落的情況。本次檢查發現二級軸承軸瓦上存在大量明顯的漆膜，并伴有明顯劃痕（見圖1），說明該軸承在長期運行中油質發生變化且油中含有雜質未過濾，導致潤滑不良、軸承溫度升高，進而導致軸振偏高。保險起見對其進行備件更換，其它積碳不嚴重的軸承用專用化學試劑進行清理，清洗完后按標準流程進行回裝。

圖1 軸瓦存在漆膜并伴有劃痕

4.1 測量各級軸的竄動量

安裝軸承之前用杠桿對該壓縮機各級軸進行竄動量的測量，在杠桿兩端包上白棉布，防止撬動過程中損壞級間齒輪。

測得竄動量：

大齒輪軸：0.04 mm；

頂部齒輪軸：0.25 mm，齒隙：0.46 mm；

低速齒輪軸：0.28 mm，齒隙：0.40 mm；

高速齒輪軸：0.25 mm，齒隙：0.52 mm。

4.2 測量各級軸承間隙

4.2.1 徑向間隙

先將下軸瓦安裝到位，在軸的上表面找3個點，涂上適量黃油，粘上一段長20 mm，直徑1.00 mm的保險鉛絲。將上軸瓦蓋上，并用軸承螺栓連接，松開后測量保險絲厚度即為該軸承的徑向間隙。測得徑向間隙如下：

一級軸承：0.17～0.27 mm；

二級軸承：0.18～0.25 mm；

三級軸承：0.24～0.28 mm。

4.2.2 軸向間隙

放入軸承后，用杠桿撬動軸承一端，另一端用千分表測量，撬動后所得數據即為該軸承的軸向間隙。測得軸向間隙如下：

一級軸承：0.55 mm；

二級軸承：0.72 mm；

三級軸承：0.59 mm。

4.3 軸承及密封回裝

以上所有間隙數據都符合技術標準，在征得廠家同意后開始安裝軸承。首先在要安裝軸承的軸表面倒上少量潤滑油，使軸承能自由徑向滑動，然后將軸承安裝就位，每個軸承都有專門的定位銷，認準定位銷的位置后，使用專用螺絲進行連接。

密封安裝時必須先安裝油封再安裝氣封，由于密封都為鋁質材料，安裝時應安裝到位，如遇到卡死的情況，必須使用木質榔頭將其敲下后重新安裝。密封外側的O型圈要壓到位。

軸承更換結束恢復運行后，二級軸振、軸溫恢復至正常區間，其他數據正常，該設備修復成功。

5 持續改進措施

5.1 更換潤滑油

結合軸瓦上存在的大量漆膜和劃痕現象以及濾芯內部存在的膠狀物質，判斷為設備長時間不停機運行后潤滑油出現嚴重劣化傾向，故決定對空壓機的潤滑油進行取樣檢測分析，潤滑油為美孚特力索T46，檢測數據見表1。

表1 潤滑油檢測分析數據

由檢測報告可知，潤滑油漆膜傾向指數偏高，表明油中具有較多極性小分子不溶物，易黏附在金屬表面形成漆膜。漆膜會導致摩擦副溫度升高，引起設備故障。污染度等級偏高，會影響系統工作的可靠性和有關部件的使用壽命。

因系統潤滑油油質劣化嚴重，按照潤滑油特征，將潤滑油更換為各項指標更好的全合成機油美孚SHC 825 潤滑油。同時調整潤滑油的油溫和油壓，將空壓機潤滑油油溫由46 ℃提高至48 ℃，油壓由263 kPa 增加至278 kPa。升高油溫，可降低油的黏度，同時提高油壓，可增加潤滑油通過軸承的流速，減少瓦塊表面積碳附著的概率［1］。

5.2 漆膜凈油機在線過濾

空壓機在運行過程中潤滑油容易降解形成油泥，在一定的化學條件和溫度下，以溶解或懸浮狀態存在于油液中。當油泥超過了潤滑油的溶解程度時，油泥就會析出附著在軸瓦表面形成漆膜。漆膜主要附著在軸瓦的內表面，影響軸承散熱，導致軸瓦溫度不穩定，嚴重時甚至導致軸承振動異常。漆膜還會加速潤滑油的劣化，降低油品壽命。

在油路系統中新增漆膜凈油過濾系統，結合靜電吸附凈化技術和離子樹脂交換技術，去除壓縮機在正常運行過程中產生的溶解性和非溶解性油泥［2］，預防漆膜的產生。

5.2.1 漆膜凈油機工作原理

（1）一次凈油

一次凈油采用靜電吸附法去除非溶解性漆膜。靜電吸附技術是油液在圓形高壓靜電場作用下，使污染顆粒物分別顯示正、負電性，并在梯形電場作用下推動正、負電性顆粒物向正、負電極方向游動，中性顆粒被帶電顆粒物推著移動，最后所有顆粒物都吸附在收集器上，徹底清除油品中的污染物［3］。

（2）二次凈油

二次凈油采用的是離子交換樹脂吸附法去除溶解性膠質物。離子樹脂的表面有很多微小孔洞，可以吸附不同的物質，能有效去除油液中的油泥和漆膜。此技術能在短時間內最大限度減少油泥，使系統處于最佳運行狀態。

5.2.2 凈油機的安裝方法及凈化流程

凈油機安裝在地面平整處，凈油口與壓縮機油箱底部相連，出油口連接至油箱頂部。油箱潤滑油在主油泵電機驅動下被吸入進油過濾器進行過濾，而后進入靜電收集器進行去除非溶解性漆膜，隨后在油壓作用下壓入離子樹脂交換器去除溶解性膠質物，再通過出油管回入油箱形成一次凈油過程，循環往復，不斷凈化油質，凈油流程見圖2。

圖2 漆膜凈油機凈油流程圖

5.3 在線檢測油液油質

由于日常油質化驗用時較長，對于整個空分系統的平穩運行是很大的隱患，因此，采用在線油液監測系統可以對空壓機油液污染度和油液中水分進行實時監測。

在空壓機的進油管路系統上安裝油污傳感器和水分傳感器，安裝示意圖見圖3。在空壓機進油管路的管壁上鉆兩個通孔，分別將管1、管2 焊接在其上，油液流向見圖4。進油管路中的油液在管1與進油管路連接處分流，在管2 與進油管路連接處合流，實現油液油質在線監測。通過在線監測可根據油品的劣化程度采取相應的應急措施，可減少漆膜傾向指數監測周期，更好地掌握漆膜生成的趨勢。

圖3 安裝示意圖

圖4 油液流向圖

6 實施效果

經過一系列的改善措施之后，潤滑油的清潔度得到了明顯的提升，設備油質污染得到了控制，漆膜傾向指數下降明顯，各類指標趨于正常，具體數據見表2。設備運行一年多，空壓機油路系統中的各部件故障率平穩降低［4］，壓縮機一、二、三級軸振、軸溫保持平穩、無異常。2023年12月空分機組停機保養，對齒輪箱再次解體檢查，軸承軸瓦光鮮亮麗、無積碳及漆膜痕跡。

表2 改善后潤滑油樣檢測數據

7 結束語

針對制氧空分裝置空壓機軸振高的問題，通過更換空壓機漆膜和劃痕較嚴重的二級軸承軸瓦，雖使得設備二級軸端的振動和溫度趨于平穩，但仍然存在安全隱患。進一步分析油樣檢測數據，發現油液污染度和漆膜傾向指數嚴重超標，針對于這一情況，通過更換成全合成機油并調整油溫、油壓，更換精度更高的濾芯，加裝漆膜凈油機和在線油液監測系統等一系列措施，有效解決了壓縮機軸承軸瓦漆膜形成的問題，保障了壓縮機的平穩運行。