離心式合成氣壓縮機推力軸承溫度高、多次損壞的處理過程及分析

安徽昊源化工集團有限公司 安徽省 236000

摘要：昊源集團18.30配套二期合成氣壓縮機在運行1年時間內(nèi)，推力軸承溫度一直過高，推力瓦塊巴氏合金多次脫落，現(xiàn)就上述問題的經(jīng)過及處理過程進行分析。

關(guān)鍵詞：推力軸承；溫度高；燒瓦

一、前言

合成氣壓縮機是合成氣項目中的關(guān)鍵設(shè)備。我廠一臺2BCL528+3BCL459/A離心式壓縮機自2014年4月份開車運行以來一直因為高壓缸推力軸承溫度高制約生產(chǎn)，特對幾次檢修過程總結(jié)分析。

二、故障分析與措施

二期合成氣壓縮機由8000KW異步4級電機驅(qū)動，經(jīng)齒輪箱增速至9600r/min帶動低壓缸、高壓缸運行。自2014年5月開始，二期合成氣壓縮機高壓缸推力瓦溫度居高不下，最高時達113℃。該軸承為金斯伯雷推力軸承。8月份對推力軸承進行檢查，發(fā)現(xiàn)主推力瓦塊有積炭現(xiàn)象存在。

圖1主推力瓦積炭 圖2主推力瓦燒壞

積炭用1000#砂紙進行清理后投入運行，經(jīng)過近十天時間主推力瓦溫度從85℃緩慢上漲到98℃。

2014年8月，對推力瓦進行檢查，積炭現(xiàn)象仍然存在。分析認(rèn)為推力瓦供油不足或回油不暢是造成溫度高的主要原因。有的止推軸承帶油控制環(huán)結(jié)構(gòu)，但一般油控制環(huán)的出油口經(jīng)設(shè)計偏小，導(dǎo)致軸承體內(nèi)部潤滑油不能及時排掉，大量熱量在軸承體內(nèi)蓄積造成。[1]

于是采取了以下措施：主推力瓦瓦塊進油側(cè)刮弧形油楔，推力軸承控油環(huán)孔由13mm擴為16mm，進油壓力由0.10MPa提高到0.13MPa。經(jīng)檢修后主推力瓦溫度穩(wěn)定在85℃左右。

2014年12月25日高壓缸推力瓦在運行溫度96.5℃時燒壞，巴氏合金層脫落、推力盤同時造成磨損。對推力盤稍作處理后，更換推力瓦塊，投入生產(chǎn)。

2014年12月27日推力瓦在運行溫度77.3℃時第二次燒壞，巴氏合金層脫落，推力盤磨損。

針對兩次事故，首先從轉(zhuǎn)子軸向力增加因素進行分析處理。軸向力增加的因素主要有：

1、壓縮機突然停機：壓縮機突然停機后出口氣體排不出，如處理不當(dāng)可能造成氣體倒流、密封損壞、軸向力增加。2014年12月21日主電機定子線圈接地?zé)龎?，造成突然停機，后更換電機投入生產(chǎn)。分析認(rèn)為可能對推力瓦及密封造成一定損傷。

2、操作不當(dāng)：由于操作不當(dāng)導(dǎo)致壓縮機入口流量減小，使得進出口壓差增加以及進口沖力減小，造成軸向力增加。第一次燒瓦前20分鐘系統(tǒng)開車過程中合成崗位冰機跳車，壓縮機進口流量出現(xiàn)大幅度波動，導(dǎo)致高壓缸防喘振閥打開。分析認(rèn)為負荷大幅度波動，軸向推力瞬間過大，造成推力軸承油膜不能建立，是第一次燒瓦的主要原因。

3、級間密封損壞：級間密封損壞將導(dǎo)致葉輪前蓋板處氣體大量流回葉輪入口，從而前蓋板所受壓力降低，結(jié)果使軸向力增加。

4、平衡機構(gòu)失效：平衡機構(gòu)在正常情況下可平衡一定的軸向力。[2]如果平衡管堵塞、平衡盤密封損壞，都將引起平衡能力下降，軸向力增加的后果。2014年12月30日對高壓缸進行抽芯檢查，平衡管無堵塞，級間密封、平衡盤密封等無損壞、間隙符合設(shè)計要求。

5、聯(lián)軸器存在預(yù)拉伸力。推力軸承修復(fù)后，高壓缸驅(qū)動端膜片聯(lián)軸器接筒含兩端調(diào)整墊片8只拆除，高低壓缸轉(zhuǎn)子同時推向同一側(cè)，測量聯(lián)軸器端面距離，與接筒外加8只0.5mm調(diào)整墊片之和相等。因此排除預(yù)拉伸力原因。

其次推力盤光潔度不夠、推力瓦塊厚度相差較大也會引起推力軸承損壞。之前在安裝推力瓦塊時進行了詳細測量厚度差在0.01mm以內(nèi)，符合要求。分析認(rèn)為第一次燒瓦之后推力盤未進行仔細修磨，存在兩道1mm寬，0.03mm深環(huán)狀溝槽，是造成第二次燒瓦的主要原因。

圖3第一次燒瓦后推力盤修復(fù)圖 圖3第二次燒瓦后推力盤修復(fù)圖

于是對推力盤進行精磨處理，精磨0.10mm，厚度偏差經(jīng)百分表檢查在0.01mm以內(nèi)。精磨后推力盤隨轉(zhuǎn)子一起返廠作動平衡。磨損量通過從推力軸承背后調(diào)整塊加0.10mm銅皮進行調(diào)整，之后更換推力瓦塊，投入生產(chǎn)。2015年2月5日高壓缸推力瓦在滿負荷運轉(zhuǎn)一個月后，在運行溫度80.5℃時第三次燒壞，推力瓦巴氏合金脫落，推力盤損失。分析原因為推力盤第二次修復(fù)質(zhì)量不合格，表面有氧化層，如圖3所示。于是進行推力盤第三次修復(fù)，修復(fù)后投入生產(chǎn)。

2015年4月12日利用系統(tǒng)斷電機會對高壓缸推力瓦進行檢查發(fā)現(xiàn)其中一塊推力瓦存在積炭、點蝕現(xiàn)象，于是重新更換新瓦。

推力瓦積炭、點蝕現(xiàn)象說明高壓缸軸向推力可能超標(biāo)。表1為壓縮機各段設(shè)計工況與現(xiàn)在實際運行工況比較。實際工況明顯偏離設(shè)計工況及特性曲線。壓縮機流量超設(shè)計負荷4%，軸向推力較大。但目前壓縮機進行平穩(wěn)，溫度一直穩(wěn)定在70℃左右，不再出現(xiàn)溫度高、燒瓦現(xiàn)象。

三、結(jié)束語

引起推力瓦溫度過高原因應(yīng)從進回油、軸向推力以及推力軸承和推力盤自身上找原因。徹底解決軸向推力過大問題，還需從增大平衡盤、平衡管和推力瓦面積上進行改造。

表1壓縮機各段工況

新鮮氣循環(huán)氣混合氣

段號或中間進/出物流號第一段第二段第三段 混合段

氣體合成氣合成氣合成氣循環(huán)氣混合氣

設(shè)計工況

體積流量（Nm3/h）679876798767987182013250000

入口壓力（MPa（A））2.9315.1188.08214.16014.160

出口壓力（MPa（A））5.1328.10214.123 15.100

總壓縮比1.7511.5831.747 1.066

實際運行工況

體積流量（Nm3/h）715777157771577190081261658

入口壓力（MPa（A））3.0104.8687.21111.32111.321

出口壓力（MPa（A））4.8807.25011.300 11.816

總壓縮比1.6211.4891.569 1.044

參考文獻：

[1]蘇中帥，周慧，王碩，王延飛，王俊.CO2l離心壓縮機組推力瓦溫高問題的分析[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2014，27（3）：20-22.

[2]李榮榮.離心式壓縮機軸向力分析及平衡與消除措施[J].當(dāng)代化工，2013（2）：773-778