BCH456 壓縮機(jī)軸位移故障分析與處理措施

盧志勇

（中海石油富島股份有限公司，海南東方 572600）

0 引言

海南富島股份有限公司合成氣壓縮機(jī)組由日本日立公司設(shè)計(jì)與制造。自1996 年投產(chǎn)以來該機(jī)組運(yùn)行情況基本穩(wěn)定，期間機(jī)組僅是按運(yùn)行情況做例行檢修處理。合成氣壓縮機(jī)高壓缸和低壓缸均由內(nèi)、外缸組成，外缸為垂直剖分結(jié)構(gòu)，內(nèi)缸為水平剖分結(jié)構(gòu)，缸體兩端封頭均用螺栓固定在外缸上，以止口定位。壓縮機(jī)進(jìn)、出口接管法蘭焊接在外缸體上，低壓缸型號(hào)為BCH456。徑向、止推的軸承都選擇強(qiáng)制潤(rùn)滑措施，通過這種方法，能夠?qū)崿F(xiàn)合成氣壓縮機(jī)組在運(yùn)行中油膜能夠始終處于穩(wěn)定狀態(tài)[1]。合成氣壓縮機(jī)低壓缸性能參數(shù)見表1。

表1 合成氣壓縮機(jī)低壓缸主要性能參數(shù)

1 故障現(xiàn)象

出現(xiàn)合成氣壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子軸位移故障，會(huì)嚴(yán)重影響到運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，尤其是該故障到一定程度后，會(huì)造成轉(zhuǎn)動(dòng)與靜止的部分出現(xiàn)碰磨的情況，讓振動(dòng)值短時(shí)間內(nèi)超出規(guī)定，要想避免出現(xiàn)燒瓦、竄軸等現(xiàn)象，讓機(jī)組可以正常工作[1]，海南富島股份有限公司合成氣壓縮機(jī)組安裝軸位移探頭，同時(shí)設(shè)置報(bào)警值與聯(lián)鎖停機(jī)值，這樣能夠讓軸位移始終處于有效監(jiān)視中。

2016年4 月在合成氣壓縮機(jī)低壓缸軸位移探頭XE07055A/B大修后，開車表現(xiàn)出上漲的現(xiàn)象，軸位移由0.32 mm 變?yōu)?.43 mm，報(bào)警值為0.45 mm，聯(lián)鎖跳車值為0.5 mm。軸位移還沒有超出報(bào)警值，因此處于監(jiān)控之中，而低壓缸出現(xiàn)問題，必須對(duì)問題進(jìn)行分析，停車后有針對(duì)性采取解決措施。

2 故障分析

引起該壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸位移異常故障原因有以下7 種。

（1）合成氣壓縮機(jī)低壓缸介質(zhì)流量變化。離心式壓縮機(jī)閉式葉輪軸向推力計(jì)算公式為P=（π/4）（D12-d2）（p2-p1）-（G/g）C1z，其中D1為輪蓋密封處直徑；d 為軸徑；p1為葉輪前蓋板處氣體壓強(qiáng)；p2為葉輪后蓋板處氣體壓強(qiáng)；G 為介質(zhì)質(zhì)量流量；g 為重力加速度；C1z為葉輪入口處氣體壓力[2]。由此可知，在G出現(xiàn)大幅度變化后，P 也將出現(xiàn)改變，并引起轉(zhuǎn)子軸位移變化。

（2）合成氣壓縮機(jī)低壓缸排氣和進(jìn)氣壓差變化。如圖1 所示，為離心式壓縮機(jī)閉式葉輪兩側(cè)壓力具體狀況，閉式葉輪產(chǎn)生的軸向推力計(jì)算為P=（π/4）（D12-d2）（p2-p1）-（G/g）C1z，其中D1為輪蓋密封處直徑；d 為軸徑；p1為葉輪前蓋板處氣體壓強(qiáng)；p2為葉輪后蓋板處氣體壓強(qiáng)；G 為介質(zhì)質(zhì)量流量；g 為重力加速度；C1z為葉輪入口處氣體壓力[2]。根據(jù)工藝運(yùn)行參數(shù)可知，排氣與進(jìn)氣的壓強(qiáng)差變化不大，這并非是造成故障的原因。

圖1 閉式葉輪兩側(cè)壓力分布

（3）合成氣壓縮機(jī)低壓缸軸位移探頭XE07055A/B 故障。合成氣壓縮機(jī)低壓缸止推端安裝兩支軸位移探頭，位號(hào)分別為XE07055A 和XE07055B。低壓缸軸位移探頭XE07055A 測(cè)量值變化的同時(shí)，另一支軸位移探頭XE07055B 測(cè)量值出現(xiàn)改變，同時(shí)兩支軸位移探頭測(cè)量值在變化上保持一致，一起出現(xiàn)故障的概率并不高，因此這并非是造成故障的原因。低壓缸軸位移探頭XE07055A/B 的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在止推盤的鎖定螺母端面，自2016 年3月13 日止推盤鎖母回裝后用0.02 mm 塞尺檢查鎖母與止推盤接觸面不能塞入，測(cè)止推竄量為0.41 mm；8 月20 日機(jī)組停車止推串量異常，止推竄量為0.49 mm；12 月21 日，止推串聯(lián)為0.52 mm（止推軸承報(bào)廢值0.54 mm）與8 月份檢修相比上漲0.03 mm。發(fā)現(xiàn)止推盤鎖母松動(dòng)，鎖母預(yù)緊力不足，但是止動(dòng)螺釘還是在軸止動(dòng)孔里；止推瓦塊和水準(zhǔn)塊有不同磨損，其中6 號(hào)主推瓦塊磨損最大與上次偏差0.035 mm；新副瓦尺寸超差大，最大偏差0.06 mm。

（4）合成氣壓縮機(jī)低壓缸與驅(qū)動(dòng)透平間聯(lián)軸器預(yù)拉伸量不合適。當(dāng)合成氣壓縮機(jī)低壓缸與驅(qū)動(dòng)透平間聯(lián)軸器預(yù)拉伸量不正常，會(huì)引起故障的出現(xiàn)。當(dāng)兩者預(yù)拉伸量未達(dá)到規(guī)定要求，后者會(huì)對(duì)前者產(chǎn)生積壓，當(dāng)預(yù)拉伸量超過設(shè)計(jì)值，后者將為前者產(chǎn)生拉車，從而引起低壓缸轉(zhuǎn)子軸位移。結(jié)合檢修中獲得的數(shù)據(jù)可知，這兩者的預(yù)拉伸量均滿足設(shè)計(jì)要求，這并非是造成故障的原因。

（5）合成氣壓縮機(jī)低壓缸平衡管堵塞，造成轉(zhuǎn)子軸位移變化。合成氣壓縮機(jī)低壓缸平衡管通過對(duì)平衡腔室和入口的連接，在壓縮機(jī)運(yùn)行的過程中，合成氣從平衡鼓密封中泄露出來，在達(dá)到入口后如果平衡管內(nèi)不能保持暢通，會(huì)讓平衡鼓腔室壓力變大，引起轉(zhuǎn)子軸向力發(fā)生改變，其位移也隨之變化。低壓缸平衡管未設(shè)置閥門，平衡管尺寸很大，無閥門誤操作關(guān)閉。檢查平衡腔室壓力符合設(shè)計(jì)要求，所以排除合成氣壓縮機(jī)低壓缸平衡管堵塞造成故障。

（6）合成氣壓縮機(jī)低壓缸平衡鼓密封磨損，造成轉(zhuǎn)子軸位移變化。若是合成氣壓縮機(jī)低壓缸平衡鼓密封出現(xiàn)問題后，將加大平衡鼓密封間隙，大量合成氣將出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象，平衡鼓后氣體壓強(qiáng)p1也將隨之提升[2]。在平衡鼓后氣體壓強(qiáng)p1提升后，平衡鼓前后壓強(qiáng)差則降低，平衡鼓形成的軸向推力Pp也將降低。檢查合成氣壓縮機(jī)低壓缸平衡腔室壓力符合設(shè)計(jì)要求，所以排除合成氣壓縮機(jī)低壓缸平衡鼓密封磨損，引起轉(zhuǎn)子軸位移變化。

（7）合成氣壓縮機(jī)低壓缸止推軸承故障，引起轉(zhuǎn)子軸位移變化。合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力由止推軸承承擔(dān)，如果合成氣壓縮機(jī)低壓缸止推瓦塊巴氏合金磨損或水準(zhǔn)塊磨損、軸承瓦架與下水準(zhǔn)塊接觸面的磨損，都會(huì)引起轉(zhuǎn)子軸位移變化。合成氣壓縮機(jī)低壓缸止推瓦塊安裝溫度探頭，如止推瓦塊磨損會(huì)引起溫度上漲，檢查發(fā)現(xiàn)止推瓦塊溫度穩(wěn)定，排除止推瓦塊巴氏合金磨損造成轉(zhuǎn)子軸位移變化。初步判斷合成氣壓縮機(jī)低壓缸止推瓦塊水準(zhǔn)塊磨損及軸承瓦架磨損，引起轉(zhuǎn)子軸位移變化。

3 處理方法

通過研究后發(fā)現(xiàn)，合成氣壓縮機(jī)低壓缸轉(zhuǎn)子軸位移故障成因是止推瓦塊水準(zhǔn)塊磨損和軸承主副瓦架磨損。2017 年12 月停車檢修，檢查合成氣壓縮機(jī)低壓缸止推瓦塊水準(zhǔn)塊，發(fā)現(xiàn)該水準(zhǔn)塊明顯磨損，更換止推軸承瓦塊和水準(zhǔn)塊，調(diào)整止推間隙為0.25 mm，由于沒有合適的止推軸承瓦架未更換，開車運(yùn)行一段時(shí)間后低壓缸轉(zhuǎn)子軸位移仍有上漲的趨勢(shì)于2018 年3 月28 日對(duì)其更換止推軸承組件后運(yùn)行狀況穩(wěn)定。

4 結(jié)語

海南富島股份有限公司合成氣壓縮機(jī)低壓缸更換止推瓦塊及水準(zhǔn)塊、止推軸承主副瓦架后交付使用，監(jiān)測(cè)運(yùn)行進(jìn)氣和排氣壓力、溫度、流量、振動(dòng)、軸位移、平衡鼓腔室壓力、干氣密封排放壓力和流量等。到目前一直運(yùn)行良好，為合成氨裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了有力的保障。