乙烯裝置壓縮機軸瓦溫度波動原因分析與解決措施

肖承燃,劉傳云,于 月,李 坤

(中化泉州石化有限公司,福建 泉州362103)

離心壓縮機、風(fēng)機和燃氣輪機等是石油化工行業(yè)的關(guān)鍵核心設(shè)備,其運行狀況直接影響著裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)和長周期運行。軸瓦溫度過高和波動是影響此類大型轉(zhuǎn)動設(shè)備安全運行的典型故障隱患【1】。某廠100萬t/a乙烯裝置的制冷壓縮機由某鼓風(fēng)機集團制造,為單缸三段葉輪離心式壓縮機,型號為3MCL706,有2個吸入口和2個排出口。其主要性能參數(shù)如下:額定轉(zhuǎn)速為6948r/min,額定功率為11650kW,壓縮機三段排出壓力為1.435MPa,排出溫度為21.2℃,流量為183445kg/h。該壓縮機支撐軸承采用可傾瓦軸承,每個軸承由5個軸承瓦塊組成,止推軸承型式為金斯伯雷型軸承,潤滑油型號為長城TSA防銹汽輪機油46號。本文對該壓縮機軸瓦溫度過高和波動原因分析過程進行了詳述,同時還介紹了通過潤滑油在線置換和安裝漆膜濾油機等解決軸瓦溫度波動問題的措施。

1 設(shè)備運行情況

該廠100萬t/a乙烯裝置于2020年9月開工,自投產(chǎn)以來乙烯制冷壓縮機運行平穩(wěn),但自2021年1月開始,軸瓦溫度出現(xiàn)波動,溫度峰值達到報警溫度105℃,且波動頻次較多,波谷可降至100℃以下。從1月23日開始,情況發(fā)生轉(zhuǎn)變,軸瓦溫度波動次數(shù)減少,波動峰值最高達到118℃,且自峰值下降后無法降至100℃以下。軸瓦溫度波動趨勢如圖1(a)～圖1(b)所示?，F(xiàn)場采用將軸瓦進油壓力提高至0.18～0.20 MPa之間、同時將潤滑油上油溫度由38℃降至35℃等多項措施進行處理,但是軸瓦溫度波動情況仍未得到有效改善。該壓縮機支撐軸承可以滿足125℃使用要求,但若軸瓦溫度繼續(xù)上漲至125℃,則需停車進行軸承區(qū)拆檢處理,這將嚴重影響乙烯裝置正常生產(chǎn)運行。

圖1 軸瓦溫度波動趨勢

2 軸瓦溫度波動原因分析

將支撐軸承的2個測點TIA51225與TIA51226的通道調(diào)換進行測試,發(fā)現(xiàn)調(diào)換后仍然是測點TIA51225溫度高,故首先排除了通道故障問題;打開測溫電阻所在的接線箱,查看后發(fā)現(xiàn)接線段子排及電阻線上無油漬,測量點阻值無異常,又排除了儀表故障原因引起軸瓦溫度波動。分析壓縮機潤滑油檢測結(jié)果(如表1所示)可以發(fā)現(xiàn),潤滑油中雜質(zhì)含量有超標(biāo)情況,污染較嚴重,這可能會引起軸承節(jié)流塞堵塞,影響潤滑油流量,使軸瓦冷卻不充分,進而導(dǎo)致溫度升高。

表1 乙烯制冷壓縮機潤滑油檢測結(jié)果

查看機組溫度、轉(zhuǎn)速及振動變化情況,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與溫度變化無正相關(guān)性,而溫度與振動變化具有正相關(guān)性,溫度波動時振動也同時出現(xiàn)輕微波動,說明軸承瓦塊存在摩擦的情況,因此推斷漆膜問題是造成溫度波動的主要原因之一。漆膜是由于潤滑油氧化變質(zhì)或油滴“微燃燒”等原因形成的高分子烴類聚合物,常規(guī)油品檢測(如酸值、黏度和清潔度等)很難發(fā)現(xiàn)漆膜的存在【2】。漆膜具有極性,極易在軸瓦金屬表面等位置附著,形成膠狀沉積,引發(fā)軸瓦溫度波動升高、濾網(wǎng)堵塞和設(shè)備磨損等故障【3-4】。漆膜的形成主要包括油品氧化和析出附著兩個階段【5】。首先烴類油品在高溫等環(huán)境下發(fā)生氧化反應(yīng),生成羧酸、酯和醇等過氧化物,進一步深度氧化后縮聚形成高分子聚合物。這些具有極性的漆膜前驅(qū)物在潤滑油中具有一定的溶解性【2】。在一定的溫度和壓力條件下,這些漆膜前驅(qū)物的溶解度達到飽和,便會從潤滑油中析出,極易在金屬表面附著聚集成膠狀沉積物,最終形成漆膜。軸瓦金屬表面形成漆膜會使軸瓦間隙減小,同時破壞軸瓦表面的潤滑狀態(tài),造成軸瓦溫度升高。但是由于軸承間隙減小,軸的位置被進一步束縛,因此振動會下降。隨著漆膜的進一步積聚堆積,軸瓦間隙逐漸減小直至軸瓦和軸頸之間發(fā)生接觸,造成振動出現(xiàn)波動。在與軸徑干接觸的瞬間,軸瓦上的部分漆膜會被磨掉,軸瓦溫度會瞬時上升隨后下降,但總體是呈現(xiàn)波浪式上升的狀態(tài),這與圖1所示的軸瓦溫度波動趨勢相符合。

結(jié)合軸承結(jié)構(gòu)進一步對軸瓦溫度波動根本原因進行分析。軸承結(jié)構(gòu)如圖2所示,為下二上三布置,下瓦有2個帶孔瓦塊用于安裝電阻線測量軸承溫度。這種布置使軸承溫度測量傳感器距離巴氏合金僅0.89 mm,使溫度測量更加準(zhǔn)確。通過查閱記錄發(fā)現(xiàn),在安裝過程中,軸瓦安裝間隙偏下限(規(guī)定范圍0.23～0.27mm,實際安裝間隙為0.24mm),軸承間隙較小。當(dāng)軸承間隙過小時,被帶進軸承間隙中的潤滑油量就偏少,就會造成軸承潤滑不良、排泄量不充分、冷卻效果降低,進而導(dǎo)致軸瓦溫度上升【6】。此外,該支撐軸承為節(jié)能軸承,軸瓦潤滑油進油孔直徑僅為3mm,這會造成進油量偏少,摩擦產(chǎn)生的熱量無法全部被帶走,使得軸瓦溫度升高【7】。有研究表明,潤滑油溫度每升高10℃,油品氧化速度增加1倍【2】。綜合上述分析可知,軸承間隙過小和進油量低等因素共同作用造成軸瓦溫度偏高,這會促進潤滑油的失效氧化,造成潔凈度指標(biāo)超標(biāo),導(dǎo)致漆膜產(chǎn)生。

圖2 支撐軸承結(jié)構(gòu)

3 解決措施及效果

為提高潤滑油潔凈度,需要進行換油處理。若乙烯壓縮機停車,每日將造成數(shù)千萬元損失,因此采用在線換油方式。更換油品選用抗氧化性強、油泥和軟性沉積物(漆膜)生成傾向低的殼牌多寶S4GX46潤滑油。首先依據(jù)GYLAB/QTDYF062*檢測方法對殼牌多寶S4GX46和長城TSA防銹汽輪機油46號進行混兌實驗,結(jié)果顯示,樣品全部均勻無分層,證明二者相容性良好。

表2為換油前后潤滑油檢測結(jié)果,對比發(fā)現(xiàn),隨著新油比例的提高,潤滑油中的污染物含量逐漸降低,潔凈程度顯著提高。但是新油比例達到90%后,軸瓦溫度依然存在明顯波動,需要進一步處理。

表2 換油前后潤滑油檢測結(jié)果

在線換油完成后,現(xiàn)場安裝潤滑油漆膜氣動濾油機,進一步去除潤滑油氧化變質(zhì)產(chǎn)生的高分子烴類聚合物,降低潤滑油中污染物含量,在防止新的漆膜產(chǎn)生的同時促進附著在軸瓦金屬表面的漆膜溶解。目前清除漆膜的方法主要有靜電油液清除、平衡電荷聚結(jié)技術(shù)和樹脂基吸附過濾技術(shù)等【8】。靜電油液清除和平衡電荷聚結(jié)技術(shù)可以將油中硬顆粒及已經(jīng)析出的懸浮于潤滑油中的漆膜沉淀物去除,但對于尺寸更小的漆膜前驅(qū)物去除效果不佳【5】。經(jīng)綜合考慮,決定采用樹脂基吸附過濾技術(shù),其原理如圖3所示。該技術(shù)采用特定的樹脂基顆粒,對潤滑油中溶解的漆膜前驅(qū)物進行選擇性吸附,在軟性污染物還處于溶解狀態(tài)時就持續(xù)地定向清除,降低油品中漆膜前驅(qū)物的濃度。已經(jīng)沉淀吸附在軸瓦金屬表面的漆膜會逐步溶解到清潔后的油品中,也會被樹脂基顆粒吸附清除,最終達到清除漆膜的目的。

圖3 樹脂基吸附過濾技術(shù)除漆膜原理示意

對比不同處理階段潤滑油的漆膜傾向指數(shù)檢測結(jié)果(如表3所示)可以發(fā)現(xiàn),潤滑油漆膜氣動濾油機投用后,潤滑油的漆膜傾向指數(shù)進一步顯著降低。軸瓦溫度峰值變化趨勢如圖4所示。由圖4可見,潤滑油漆膜濾油機投用后,軸瓦溫度峰值變化趨于平穩(wěn),再未出現(xiàn)大幅升高,壓縮機軸瓦溫度波動問題得到有效解決。

表3 漆膜傾向檢測結(jié)果

圖4 軸瓦溫度峰值變化趨勢

為進一步消除該故障隱患,后續(xù)檢修期間,除對軸瓦進行清理或更換外,還需將軸瓦安裝間隙調(diào)整到設(shè)計值的上限,以增加軸瓦間隙,同時對潤滑油進油孔進行處理改造,增大進油孔直徑,提高進油量,保證軸瓦冷卻效果。

4 結(jié)論

結(jié)合運行狀態(tài)監(jiān)測、潤滑油檢測和軸瓦結(jié)構(gòu)分析等方法對乙烯制冷壓縮機軸瓦溫度波動故障原因進行深入分析,發(fā)現(xiàn)潤滑油氧化并在軸瓦金屬表面形成漆膜是造成壓縮機軸瓦溫度波動的直接原因,而軸瓦安裝間隙偏下限和進油孔直徑偏小等結(jié)構(gòu)因素導(dǎo)致了軸瓦溫度升高,加速了潤滑油氧化過程,促進了漆膜的產(chǎn)生。通過在線置換潤滑油和安裝漆膜氣動濾油機等一系列處理措施,乙烯制冷壓縮機軸瓦溫度波動問題得到了有效解決,再未出現(xiàn)溫度報警情況,滿足了安全穩(wěn)定生產(chǎn)需求。