離心式壓縮機軸向推力瓦溫度異常分析及處理

李裕超，趙承群，劉曉清

(山東明泉新材料科技有限公司， 山東章丘 250200)

山東明泉新材料科技有限公司年產60萬t甲醇項目，于2017年7月建成投產，主要有空分、氣化、動力、合成等工段。其中，合成工段包括變換、低溫甲醇洗、硫回收、壓縮、合成及甲醇精餾等裝置，壓縮裝置共有3臺離心式壓縮機組，分別是用于低溫甲醇洗制冷的氨氣壓縮機、用于粉煤輸送的CO2壓縮機和用于甲醇合成裝置的合成氣壓縮機。合成氣壓縮機和CO2壓縮機由沈陽鼓風機有限公司生產，氨氣壓縮機由重慶通用公司生產。合成氣壓縮機自開車加量以來，一直存在推力瓦溫度偏高的問題，影響系統的穩定運行。

1 合成氣壓縮機基本結構

合成氣壓縮機型號為3BCL528，由于運行壓力相對較高，采用垂直剖分壓縮機結構，2個提壓段和1個循環段共8級葉輪。每級葉輪分別裝有口環、級間疏齒密封，轉子兩端為干氣密封。末級葉輪后端裝有平衡盤和平衡盤密封。止推軸承采用雙金斯伯雷軸承，用于承載軸向力，以保證機組整體安全平穩運行。

2 合成氣壓縮機推力瓦溫度異常情況分析

合成氣壓縮機自2017年初安裝完畢后，從管道吹掃、油路清洗、汽輪機試運轉到壓縮機聯動試車都比較順利，一次試開車成功，并且在低壓氮氣工況運行非常穩定，順利完成了3 d的系統升溫還原工作。到2017年7月底全系統開車加量后，合成氣壓縮機進出口壓力逐步提高至正常生產工況；隨著壓縮機出口壓力的提高，壓縮機位移明顯增大，壓縮機推力瓦溫度也明顯升高，當系統出口壓力達到6.0 MPa后，推力瓦溫度升高至95 ℃以上，而壓縮機運行轉速只能維持在最低運行轉速7 500 r/min左右，并且隨著運行時間的延長，推力瓦溫度總體仍然不斷上漲。2018年4月，推力瓦溫度已超過報警值(110 ℃)，系統被迫停車，對壓縮機推力瓦進行拆檢維修，開車后溫度仍然在95 ℃以上，并有緩慢上漲趨勢。根據查閱壓縮機設計說明，壓縮機額定轉速可達到8 000～9 000 r/min，壓縮機出口壓力可達到7.5 MPa，推力瓦溫度應該控制在90 ℃以下。針對此問題，立即聯系工藝、設備、生產、儀表等部門組成課題攻關小組，討論分析原因并制定改造措施。

壓縮機開車運行參數與設計參數對比見表1。

表1 壓縮機開車運行參數與設計參數對比

壓縮機主推瓦溫度高，軸向位移大是軸向力過大的表現，而軸向力過大的原因可能有：

(1) 止推軸承尺寸設計過小不能有效承載轉子軸向力。根據止推軸承圖紙和機組的運行參數，對止推軸承進行了核算，經核算該軸承允許的最大軸向載荷為3 100 kg。但實際運行中軸承溫度偏高，說明該軸承所受軸向力遠遠高于其所允許的最大載荷。

(2) 平衡盤設計不合理，不能有效平衡轉子軸向力。

(3) 平衡管堵塞導致平衡盤平衡的軸向力減小。

(4) 油系統對軸承產生影響。

經查看現場運行參數確認，該壓縮機振動值均在要求范圍內，潤滑油供油壓力滿足設計要求，回油量充足，排除油管路泄漏和堵塞的情況，同時也排除潤滑油油質劣化問題，現場實際進油溫度遠低于要求的進油溫度，綜合分析可以排除油系統對軸承溫度的影響。壓縮機平衡管共4根，借停車機會對其中1根進行拆檢也未發現問題，因此也可以排除平衡管堵塞問題。最終確定該壓縮機存在轉子軸向力失衡，軸向載荷超出止推軸承的承受能力，所以導致該壓縮機的主止推瓦溫度一直居高不下。

3 壓縮機檢修改造方案

通過與設備制造廠家技術人員進行討論溝通，最終確定改造方案如下：

(1) 改造口環密封，減少氣體內泄漏，增加壓縮機穩定性[1-2]。

(2) 更換平衡盤；按照已經確定的設計尺寸加大平衡盤，增加其對軸向力的平衡能力，降低作用在止推軸承上的載荷[3]。

(3) 改造平衡盤密封，采用先進的防旋繞式平衡盤密封。

(4) 按新改造的平衡盤氣封改造循環段出口蝸殼。由于平衡盤外圓尺寸加大，現有空間不足以安裝新的平衡盤氣封，所以需要在設計允許范圍內加大蝸殼內孔，以便安裝平衡盤氣封。

4 壓縮機檢修改造計劃實施

4.1 壓縮機本體改造步驟

壓縮機本體返回設備制造廠，首先對各部位間隙進行詳細檢查記錄，其次對轉子進行檢查修復，對平衡盤進行更換，根據新更換的平衡盤對循環段出口蝸殼進行改造，更換新的平衡盤密封及軸端密封，最后根據拆裝數據對機組進行回裝。整個改造周期約10 d。

4.2 壓縮機停車檢修計劃的實施

針對此次壓縮機返廠改造方案，制定了系統全停檢修方案，以壓縮機返廠檢修為主線確定整個停車檢修時間及開停車計劃。壓縮機檢修小組細化各項檢修步驟，倒排工期進度，將檢修時間壓縮到最短16 d，并在各環節安排專人掌控檢修進度。系統停車后，壓縮機檢修工作24 h不間斷，從系統停車處理置換，到壓縮機拆機吊裝運輸，以最短時間將主機運至設備制造廠，壓縮機改造完成后又迅速運回，設備重新就位找正，安裝完成后進行工藝置換處理，試車完成具備開車條件。通過全體人員共同努力，整個檢修項目提前1 d完成，為系統提前開車爭取了時間。

5 壓縮機檢修改造后效果

壓縮機改造前后運行參數見表2。

表2 壓縮機改造前后運行參數

由表2可以看出：系統開車后，合成氣壓縮機逐步提壓、提轉速，壓縮機轉速提至8 000 r/min以上，較改造前明顯升高，負荷明顯增大，壓縮機出口壓力提高至6.6 MPa，壓縮機軸向位移較檢修前減少了0.2 mm，推力瓦溫度始終維持在90 ℃以下，比改造前明顯降低，達到了改造預定的目標，最終消除了壓縮機設備運行隱患，實現了滿負荷穩定生產。合成系統日產甲醇由檢修改造前的1 900 t提高到了2 100 t左右，不僅產量明顯增加，系統綜合能耗下降也比較明顯，根據初步測算，噸甲醇成本可降低120元，經濟效益顯著。

6 結語

合成氣壓縮機作為雙功能壓縮機，不僅擔負著原料氣提壓及合成氣循環的雙功能，而且也是甲醇合成系統的核心運轉設備[4]。壓縮機推力瓦溫度高的問題不僅限制了合成系統加量，同時不斷上漲的溫度也直接影響了整個系統運行的安全。本次問題處理，原因排查全面，給后續的改造提供了可靠依據，為壓縮機一次性改造成功打下了基礎。壓縮機改造后轉速明顯提高，循環量明顯加大，系統負荷較改造前增加了10%，改造效益非常可觀，更重要的是消除了設備隱患，實現了大型運轉設備的長周期穩定運行。