空壓機止推軸承溫度高的原因分析及解決措施

郭建軍，郭戰紅

（河南神馬尼龍化工有限責任公司，河南平頂山 467000）

0 引言

河南神馬尼龍化工有限責任公司化工一廠擁有兩套10 萬噸硝酸生產裝置，每套生產裝置配套一套核心設備——四合一機組，其中軸流壓縮機和尾氣透平機共用一副止推軸承。2#硝酸裝置四合一機組于2010 年8 月試車后投入生產，軸流壓縮機止推軸承溫度值在正常指標范圍內。

1 機組及主要技術參數

1.1 機組

硝酸生產裝置四合一機組由西安陜鼓集團設計、制造，由蒸汽透平、尾氣透平、空氣壓縮機、氧化氮壓縮機組成四合一透平壓縮機組，是雙加壓法生產硝酸裝置的關鍵設備。機組排列方式見圖1。

圖1 四合一機組排列方式

1.2 主要技術參數

（1）G2-C101 空氣壓縮機型號AV40—15，吸入壓力（絕對）0.095 MPa，排出壓力（有效）0.35 MPa。

（2）G2-C103 尾氣膨脹機型號WP4.3-920/360，氣體入口壓力（絕對）0.92 MPa，氣體出口壓力0.1061 MPa。

2 運行中出現的問題

2#硝酸四合一機組于2010 年8 月投入生產，軸流壓縮機止推軸承溫度值在正常指標范圍內，但從2014 年11 月大修后開車，該處副推面溫度測點達到97 ℃，接近報警值。停車更換副推面瓦塊，并將主副回油孔由Φ5 擴至Φ8，開車后溫度90.4 ℃。2015 年6 月4 日停車檢查止推軸承，對一塊積碳的下瓦刮研后回裝，開車后溫度72.4 ℃。2017 年5 月24 日停車檢查止推軸承，副推軸承出現嚴重磨損，全部更換后開車溫度72.3 ℃。2018 年5月大修后的開車中，該處溫度接近報警值100 ℃，已嚴重影響機組的正常運行。

3 原因分析及排查

3.1 進油溫度高

進油溫度高會引起軸承溫度升高，甚而會使軸承巴氏合金層表面積碳，影響機組正常運轉。進油溫度高的原因：潤滑油冷卻器冷卻循環水上水溫度高；潤滑油冷卻器水側通路結垢，冷卻循環效果差；潤滑油冷卻器冷卻循環水上水量不足等。通過及時調整工藝參數和加大冷卻循環水上水量，及利用停車機會對冷卻器水側通路化學清洗等措施，排除進油溫度高造成止推軸承溫度高的可能。

3.2 進油量少

潤滑油供給量不足，會引起軸承溫度升高，嚴重時會使巴氏合金熔化。潤滑油量不足的原因：供油管線有異物堵塞，導致油路不暢通；進油孔進油量不足，不滿足軸承進油量要求；供油泵有缺陷，供油量不足；油壓調整過低或油壓表示數不準確，導致供油量不足；節流墊片流通孔直徑或節流閥開度不足等。通過排查、測量和調整，及跟蹤回油管線視鏡的回油量，觀察發現滿足要求，由此排除潤滑油進油量少造成止推軸承溫度高的可能。

3.3 潤滑油變質或含有機械雜質

潤滑油使用一段時間后，各類參數值將發生變化，有些值會偏離指標，使潤滑效果逐步變差。同時如果氧化氮壓縮機和尾氣透平機軸端密封失效，氮氧化物會進入潤滑油，加大潤滑油變質的風險。另外，汽輪機軸端密封失效，水分進入潤滑油也會破壞潤滑油品質，以上都會影響壓力油膜的形成，失去潤滑效果，使軸承的巴氏合金層受到損傷。因此，分廠制定潤滑油定期分析報告制度（運動黏度標準范圍41.4～50.6 mm2/s，機械雜質≤0.005，酸值≤0.02 mgKOH/g）。定期潤滑油分析報告結果顯示：運動黏度、機械雜質、酸值及水分均符合潤滑油各項國標要求，由此排除潤滑油混有水分、油變質或有機械雜質造成止推軸承溫度高的可能。

3.4 軸承間隙小于規定值

軸承間隙小于規定值，會造成機組運行時軸承瓦塊與止推盤間進油量不足、油膜厚度形成不夠等。軸承間隙小于規定值原因：止推軸承整體更換或更換瓦塊等檢修作業時，主副推調整墊片測量值不精確、測量軸向間隙時操作方法不對、測量示值不準確、墊片不合適等。停車檢修作業時重新排查測量主副推調整墊片，調整或改變軸向間隙測量時的操作方法，測量百分表示值進行校核等，由此排除軸承間隙小于規定值造成止推軸承溫度高的可能。

3.5 軸承合金磨損或損壞、材料牌號不對或鑄造有缺陷

如果軸承合金磨損或損壞，材料牌號不對或鑄造有缺陷，都會影響軸承的運行環境，影響潤滑油的潤滑效果，會引起軸承溫度升高，嚴重時會使巴氏合金熔化。而造成軸承合金磨損或損壞、材料牌號不對或鑄造有缺陷的原因有：油泵出口過濾器失效、油過濾器濾芯精度不滿足要求、潤滑油含有機械雜質、備件供應商供應的軸承備件不合格等。通過對油泵出口過濾器拆卸核查、油過濾器濾芯精度的確認、潤滑油機械雜質指標分析及備件供應商供應的軸承備件的質量檢查確認等，排除軸承合金磨損或損壞、材料牌號不對或鑄造有缺陷造成止推軸承溫度高的可能。

3.6 平衡管線設置的調控閥

四合一機組中的軸流壓縮機與尾氣透平機是同一軸系，共用一個止推盤，每個轉子的高壓端都設計有平衡盤，且都有自機殼排氣端引到進氣端的平衡管線。在機組各密封間隙特別是平衡盤密封間隙在設計值的范圍內且非常理想的情況下，同時工藝負荷參數非常穩定，各轉子止推盤的運行位置應該是止推軸承間隙的居中位置，設置在軸流壓縮機平衡管線的調控閥應該處于全開狀態。但由于制造或加工、裝配的誤差，會打破設計的理想狀態，平衡盤的作用不能正常發揮，會使轉子軸向受力施加到止推軸承上，止推軸承負荷增加，溫度就會上升。為減小止推軸承承受的負荷，穩定止推軸承溫度，會適時調整關閉軸流壓縮機平衡管線的調控閥。

3.7 止推軸承負荷大

平衡盤密封間隙過大已超過設計值或損壞，會導致大量高壓氣體通過平衡盤密封漏入平衡管，再經平衡管進入低壓端氣室，造成平衡盤兩側的壓差減小，平衡盤的軸向平衡作用力減小，轉子軸向受力增大，止推軸承承受的負荷增加，導致止推軸承溫度升高。表1、表2 是軸流壓縮機和尾氣透平機歷次大修平衡盤的間隙測量值。間隙數據對比得出：軸流壓縮機進、排氣端平衡盤密封間隙值在設計要求的范圍內，尾氣透平機的平衡盤密封間隙值已嚴重超出設計要求范圍。造成平衡盤密封間隙變大的原因有密封片材料不符合要求、安裝質量不差、轉子對中不好、氣封片磨損等。

表1 軸流壓縮機歷次大修平衡盤間隙 mm

4 解決措施

針對查出的問題及成因，決定把尾氣透平機轉子返廠大修，對損壞或間隙超差的平衡盤氣封片全部更換。更換時要求廠家專項檢測密封片的材料并出具檢測報告，安裝中嚴把安裝質量，做到從源頭控制抓起，并對軸端氣封片做相應處理。平衡盤氣封片的高度，根據設計圖紙的要求機加工，直至滿足設計要求，并對轉子進行高速動平衡試驗。轉子裝配中通過對中調整，使各密封間隙值特別是平衡盤各密封片的間隙值滿足設計要求。

5 檢修效果

機組檢修后，于2018 年10 月30 日進行沖轉試車，試車中不同階段轉速止推軸承溫度數值見表3。2018 年11 月12 日進行沖轉開車并投料，開車中及投料后不同階段轉速時止推軸承溫度數值見表4。經過檢修后開車，軸流式壓縮機副止推軸承溫度高狀況有了明顯改善：檢修前測點溫度90.4～100 ℃，達到了報警溫度，且平衡管線上的調控閥全部關死；檢修后止推軸承測點溫度降至正常水平，維持在75～83 ℃，且平衡管線上的調控閥尚有15%的余量可調節，達到設計要求并確保機組的穩定運行。

表3 不同轉速下止推軸承溫度（試車）

表4 不同轉速下止推軸承溫度（投用）

6 結束語

通過對軸流式壓縮機止推軸承溫度高的原因進行分析及排查，并根據分析排查的結果對尾氣透平機平衡盤氣封片的處理，及開車后止推軸承溫度的情況，最終確定止推軸承溫度高的癥結所在，實現了四合一機組的長周期穩定運行。