裂解裝置乙烯壓縮機(jī)組軸瓦損傷故障分析

趙廣濤，李永水

（中國石油遼陽石化分公司動力廠，遼寧遼陽 111003）

0 引言

某套蒸汽裂解裝置于1973 年從法國德西尼布公司成套引進(jìn)，1979 年建成投產(chǎn)。裝置以石腦油為主要原料，經(jīng)高溫裂解生產(chǎn)聚合級乙烯和丙烯。其中，乙烯壓縮機(jī)與裂解氣壓縮機(jī)、丙烯壓縮機(jī)，組成乙烯“三機(jī)”機(jī)組，是流程工業(yè)上的核心設(shè)備。機(jī)組振動高是運行異常的主要表現(xiàn)之一，造成機(jī)組振動高的原因有很多，如機(jī)組軸系不平衡、流體失穩(wěn)、碰磨、軸瓦損傷、松動等。

1 軸瓦的特點及材料

轉(zhuǎn)軸被軸承支承的部分叫做軸頸，與軸頸配合的部件就是軸瓦。軸瓦一般是指在滑動摩擦狀態(tài)下工作的軸承（滑動軸承），有運轉(zhuǎn)時間長、運行平穩(wěn)、噪聲小的特點。在液體潤滑的條件下，接觸表面被潤滑液形成的油膜分開，因而沒有直接接觸。其存在的缺點是，在泵啟機(jī)瞬間油膜還沒有完全形成，所以摩擦阻力非常大。

軸瓦的材料主要分為非金屬和金屬兩類。

（1）非金屬滑動軸承的材料主要以塑料為主，軸承用塑料大部分選用整體性能比較好的工程塑料。大部分制造商都有工程塑料自潤滑技術(shù)，通過纖維、特種潤滑劑、玻璃珠等方法對工程塑料進(jìn)行自潤滑增強(qiáng)改造，使塑料達(dá)到一定性能，再用改性后的塑料加工成可以自潤滑的塑料軸承。

（2）目前使用最多的金屬滑動軸承是三層復(fù)合軸承，一般是以碳鋼板為基礎(chǔ)，通過燒結(jié)技術(shù)在鋼板上先燒結(jié)一層球形銅粉，然后再在銅粉層上燒結(jié)一層PTFE（聚四氟乙烯）潤滑劑。中間一層球形銅粉主要作用就是增強(qiáng)鋼板與PTFE 之間的結(jié)合強(qiáng)度，在運行時還有一定的承載和潤滑作用。

2 軸瓦損傷的故障特征及主要原因

機(jī)組所用軸瓦發(fā)生損傷故障后，主要特征有3 個：①整個機(jī)組軸系支撐剛性下降、一倍頻幅值增大，損傷嚴(yán)重時還會出現(xiàn)與軸頸接觸的磨碰現(xiàn)象，磨碰后會造成軸瓦局部溫升增大；②振動值隨負(fù)荷變化明顯，隨著機(jī)組所載負(fù)荷的增加而增大，隨著負(fù)荷的減少振動值也同樣減少；③振動值隨潤滑油油溫變化而變化，軸瓦間隙大，通過降低潤滑油油溫，振動值也相對降低，加大潤滑油油溫，振動值也同樣增大。

壓縮機(jī)組在正常運行或啟停機(jī)過程中，軸瓦發(fā)生損壞故障的原因主要有兩個：①由于潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障，潤滑油突然中斷或潤滑油品質(zhì)惡化都會使油膜形成不好，從而導(dǎo)致接觸面潤滑不良，導(dǎo)致軸瓦與軸頸發(fā)生碰磨，表面合金層脫落；②如果軸瓦內(nèi)含有雜物、軸系中心不同心等原因會引起轉(zhuǎn)軸與軸瓦之間產(chǎn)生動靜摩擦，導(dǎo)致軸瓦損壞，表面合金層脫落。

3 滑動軸承斷油及磨損原因

（1）油泵聯(lián)鎖問題。壓縮機(jī)組附屬潤滑油系統(tǒng)油泵聯(lián)鎖設(shè)計、安裝不合理，或運行中未投用聯(lián)鎖保護(hù)，當(dāng)發(fā)生事故機(jī)組停機(jī)時油泵不能正常聯(lián)鎖啟動，造成潤滑油中斷提供，導(dǎo)致軸瓦缺油磨損、損壞。

（2）新安裝或大檢修后的壓縮機(jī)組，在安裝時有部件漏裝或安裝精度不足，在運行時軸承會發(fā)生偏轉(zhuǎn)、造成軸瓦損壞。

（3）壓縮機(jī)組運行過程中主油泵故障停機(jī)，造成潤滑系統(tǒng)供油中斷、導(dǎo)致軸瓦損壞。

（4）壓縮機(jī)組潤滑油系統(tǒng)的切換操作不當(dāng)，造成潤滑系統(tǒng)供油中斷、導(dǎo)致軸瓦損壞。

（5）壓縮機(jī)組潤滑油系統(tǒng)閥門的安裝不符合標(biāo)準(zhǔn)。

（6）壓縮機(jī)組潤滑油品質(zhì)不高，潤滑油油溫過高或偏低，潤滑油中混入水使?jié)櫥捅凰?、乳化，造成軸瓦油膜無法建立或建立不良，導(dǎo)致軸瓦損壞。

（7）壓縮機(jī)組潤滑油系統(tǒng)油泵的儀表輔助系統(tǒng)不準(zhǔn)確，使操作人員判斷失誤，造成潤滑系統(tǒng)供油中斷，導(dǎo)致軸瓦損壞。

（8）新安裝或大檢修后的壓縮機(jī)組在進(jìn)行潤滑油系統(tǒng)清洗時，由于沖洗不干凈使得安裝或大修過程中遺留的鐵屑或雜物進(jìn)入壓縮機(jī)組內(nèi)部，并在運行中被帶入軸瓦間隙內(nèi)，破壞軸瓦表面合金層，造成瓦面平整度不足，導(dǎo)致軸瓦損壞。

（9）壓縮機(jī)組運行過程中徑向振動值較大，軸瓦間隙不足以補(bǔ)償，導(dǎo)致軸瓦損壞。

4 案例分析

4.1 故障機(jī)組參數(shù)

故障機(jī)組離心機(jī)與汽輪機(jī)參數(shù)見表1，其中離心機(jī)的殼體材料為ASTMA350LF3、轉(zhuǎn)子材料為AISI4320。

表1 機(jī)組詳細(xì)參數(shù)

C401 壓縮機(jī)組為透平驅(qū)動的乙烯壓縮機(jī)組，用于輸送裂解裝置中生產(chǎn)出來的乙烯，是該套裂解裝置的關(guān)鍵核心設(shè)備（圖1）。

圖1 乙烯壓縮機(jī)21C401 機(jī)組概貌

4.2 故障現(xiàn)象

2019 年4 月14 日8:00 左右，C401 乙烯壓縮機(jī)驅(qū)動端軸振動由9 μm 緩慢下降，一直到當(dāng)日晚上21:00，X/Y 的振動值最低下降到5 μm，同時該側(cè)軸瓦溫度上升了約1 ℃、軸瓦溫度為75 ℃。隨后，該側(cè)振動值逐漸上升，到4 月17 日軸徑向振動穩(wěn)定在約35 μm（圖2）。在整個過程中，徑向軸瓦溫度上升了約6 ℃、達(dá)到80 ℃，并維持穩(wěn)定。

圖2 XT4102X/Y 測點振動趨勢圖

4.3 原因分析

乙烯壓縮機(jī)異常后只有XT4102X/Y 測點出現(xiàn)了明顯的振值增高現(xiàn)象，XT4102X/Y 測點間隙電壓分別為8.94 V 和8.64 V，均在線性范圍之內(nèi)。振動頻率以工頻占主導(dǎo)如圖3 所示：振動發(fā)生變化時，主要是工頻變量，合成的軸心軌跡為橢圓形見圖4、圖5，隨著機(jī)組振動值的不斷升高，軸瓦溫度升高了6 ℃。

圖3 振動異常后XT4102X/Y 測點波形頻譜圖

圖4 振動異常后XT4102X/Y 測點軸系軌跡圖

圖5 振動異常后XT4102X/Y 測點波形

對以上現(xiàn)象綜合分析后認(rèn)為，引起機(jī)組發(fā)生振動異常的主要原因為：XT4102X/Y 測點處軸瓦損傷，軸瓦間隙配合超差。

結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，建議先降低潤滑油溫度，穩(wěn)定操作，避免發(fā)生生產(chǎn)波動，加強(qiáng)機(jī)組運行監(jiān)護(hù)，穩(wěn)定機(jī)組運行至計劃檢修時間，避免了非計劃停車。

4.4 現(xiàn)場檢修反饋

2019 年6 月，乙烯壓縮機(jī)組安排窗口解體檢修，抽出下部瓦塊發(fā)現(xiàn)有磨損，軸頸相應(yīng)部位有結(jié)焦物，軸承間隙超標(biāo)一倍（圖6、圖7）。檢修結(jié)果與故障期間診斷意見一致，印證了之前的診斷結(jié)論。

圖6 下瓦塊磨損

圖7 軸頸結(jié)焦