離心式壓縮機軸瓦高溫故障分析及處理措施淺析

張長樂

（山東陽煤恒通化工股份有限公司，山東 郯城 276100）

化工行業在生產過程中應用離心式壓縮機輸送氯氣，效率高、安全性高。2015年6月山東陽煤恒通化工股份有限公司投入運行1 臺德國某品牌氯氣離心式壓縮機，用于干燥氯氣輸送，運行3年來比較穩定。按設備說明書要求于2018年5月進行拆解維護、換油，投運后，徑向軸瓦和推力軸瓦頻繁出現高溫報警及聯鎖停機的故障。為此，對軸瓦高溫原因進行分析，發現問題所在，采取改進措施，消除了壓縮機軸瓦高溫隱患，壓縮機恢復正常運行。

1 壓縮機工作原理與結構

1.1 壓縮機的工作原理

氯氣離心式壓縮機，高速旋轉軸上安裝葉輪，布置在氣缸內，利用高速旋轉的葉輪將機械能傳遞給氯氣，增加氯氣的動能，并在擴壓器中把動能充分地轉變為勢能，以提高氯氣壓力，完成氯氣的加壓工藝。

1.2 壓縮機結構及技術參數

1.2.1 基本結構

該壓縮機為四級壓縮，葉輪數量為4 個，級數布置方式，靠近電機側為第一級壓縮，依次為二級、三級、四級。電機通過增速器帶動壓縮機轉子轉動，徑向軸瓦為可傾瓦式巴氏合金滑動軸瓦，分別布置在壓縮機兩端；推力軸瓦設在非電機側，和壓縮機的非電機側徑向軸瓦設在同一個軸承室內。

1.2.2 技術參數

流量為8500Nm3/h，入口壓力為0.095Mpa，出口壓力為0.8Mpa，入口溫度25 ℃，出口溫度86 ℃，轉速為10446rpm，電機功率980KW；潤滑方式為潤滑站集中供油潤滑。

2 離心式壓縮機故障原因與潤滑分析

2.1 軸瓦故障分析

（1）壓縮機計劃維護保養換油后出現軸瓦高溫報警，該壓縮機按計劃維修后換用46#渦輪機油，于2018年5月28 日開機運行，運行至7月9 日，頻繁出現軸瓦高溫報警和聯鎖停機的故障，具體故障過程如表1。

表1 故障過程統計表

（2）軸瓦高溫故障分析，對2018年6月21 日推力軸瓦拆解時發現1～2 片瓦劃傷較嚴重，如圖1 所示，瓦面粘附不同程度淺棕色結焦物，從結構和顏色分析應該是漆膜，是引起推力瓦高溫的主要原因。2018年7月9 日，非電機側徑向軸瓦再次出現高溫趨勢，而電機側低溫端軸瓦沒有高溫現象，停機拆解時發現上次清洗過的瓦面再次形成淺棕色結焦物，如圖2 所示，淺棕色結焦物的形成與前后4 次報警拆解分析，懷疑與本次換油有關，自換油后斷斷續續出現高溫報警，同時發現軸瓦表面粘附物與油品高溫氧化變質有關。維修換油之后，報警、停機故障的直接表現為軸瓦溫度高，說明徑向軸瓦和推力軸瓦沒有建立起連續穩定的潤滑油膜，導致軸和軸瓦局部高點直接接觸，摩擦產生大量熱量，潤滑油無法把熱量全部帶出，軸瓦溫度升高，說明選用的潤滑油粘溫性差，不適合長期高溫運行；從4 次高溫停機檢查情況來看，軸瓦表面均有淺棕色結焦物粘附，其中一次軸瓦表面有輕微摩擦現象，說明軸瓦和軸有直接接觸劃傷的情況，軸瓦附著的焦狀物使軸與瓦的表面間隙縮小，摩擦產生高溫，使軸瓦無法建立連續穩定的油膜，導致潤滑部分失效；淺棕色結焦物產生的原因分析，壓縮機非電機側軸瓦，靠近壓縮機末級葉輪，轉速高、溫度高、負荷大，壓縮機加壓并入系統后，壓縮機末級氣體出口溫度為95℃，葉輪和軸溫度逐步升高，溫度通過主軸傳遞，軸瓦工作溫度也會相應升高。從運行數據看，比一級葉輪附近的徑向軸瓦溫度平均高10～13℃。

圖1 推力瓦劃傷與漆膜

圖2 徑向瓦面結焦

2.2 潤滑用油分析

（1）選用潤滑油分析

設備推薦用油為專用渦輪機油，實為合成級潤滑油，本次維檢更換油為46#渦輪機油，屬于礦物級潤滑油，46#渦輪機油技術參數，粘度指數90～104,40℃時運動粘度41.4～50.6mm2/s，開口閃點186～230 ℃，傾點不高于-6℃。礦物型潤滑油不適合長期超出65℃的溫度區域使用，在高溫運行時，油品氧化速度快速增加，油中分離過氧化物。這些過氧化物聚集反應粘附于軸瓦表面形成漆膜，破壞油膜形成。維保前使用進口品牌的專用渦輪機油，運行3年正常，而維修后更換礦物級潤滑油出現軸瓦表面有淺棕色焦狀物，導致軸和軸瓦之間形成油膜不完整，軸與瓦摩擦引起熱膨脹使軸與瓦間隙縮小，油膜難以建立，潤滑逐步失效，最后導致溫度居高無法繼續運行，如不及時停機檢修，后果將是抱軸化瓦。礦物級46#渦輪機油和停車前使用的合成渦輪機上質量上存在較大差別，礦物級油粘度指數相對較低，抗氧化性、粘溫特性較差，造成油品氧化速度加快。由于軸瓦連續運行溫度超過75℃，礦物油的高溫抗氧化性能極不穩定，逐漸析出產生淺棕色焦狀物粘附在軸瓦表面，破壞軸瓦表面形狀，使潤滑油膜無法建立，導致潤滑失效產生，是故障發生的根源。

（2）形成漆膜原因與危害分析

一般情況下，渦輪機油因循環應用會溶解一定量的空氣，進入油液的空氣以懸浮形式存在油液中。渦輪機油經過油泵加壓到高壓區后，這些懸浮在油中的小氣泡被急速壓縮，導致油液溫度迅速升高，造成油液微區絕熱“微燃燒”，生成極小尺寸的不溶物。這些不溶物有極性、極不穩定，易粘附到軸瓦表面從而形成漆膜。相對而言，礦物型渦輪機油在80～90℃的高溫區運行，更容易產生漆膜。從幾次高溫停機檢查軸瓦表面均有淺棕黃色的膠狀物實際為漆膜。漆膜主要危害包括：減少軸瓦間隙，增加摩擦，產生多余熱量，堵塞過濾器造成設備潤滑不良，嚴重時導致抱軸化瓦事故。

3 軸瓦潤滑與維護升級措施

3.1 合理選用潤滑用油

查閱大量資料和運行數據，選用46#合成型長壽命極壓汽輪機油為氯氣壓縮機用油，粘度指數121，40℃時運動粘度47.05 mm2/s，開口閃點232℃，傾點-35℃，抗乳化5min 分離，銅片銹蝕（100℃,3h）1b 級，使用工作溫度-30～120℃。此油主要以合成基礎油組成，突出的耐高溫、抗熱氧化安定性，長期使用也不會產生有害的沉淀物和漆膜；優良的極壓抗磨性能，有效保護軸瓦潤滑性，減少維修和更換費用。

3.2 在用油定時檢測分析

對在用油理化指標檢測分析，檢測周期3 個月，檢測技術指標：粘度、酸值、破乳化、清潔度等。在潤滑站處增加一套油品凈化系統，濾芯過濾精度3μm，采用定時過濾和檢測超標過濾方式，確保在用油清潔度NAS7 級內。進行全指標化驗分析，定期跟蹤潤滑油品質在合格范圍內。

3.3 對壓縮機軸瓦漆膜清洗檢修

油箱油路用油沖洗后換油為46#合成型長壽命極壓汽輪機油，2018年7月10 日，氯氣壓縮機再次開機，2年來跟蹤監測壓縮機徑向軸瓦運行溫度穩定在71℃左右，推力瓦溫度在66℃左右，徑向軸瓦溫度降低5～10℃。運行正常，未出現過軸瓦高溫等類似問題。

3.4 提高設備潤滑技術管理

離心式壓縮機唯一沒有聯鎖功能的就是潤滑油品質及其變化的監控，其它振動、溫度都有聯鎖保護。所以要重視潤滑管理，特別是大型機組的潤滑油品質變化管理。潤滑技術的一項重要內容就是選用適合的潤滑油，從更換油品后的使用效果看，更換使用合成級潤滑油和提升在用油品清潔度，消除了離心壓縮機存在的軸瓦高溫問題。將設備故障與潤滑管理結合分析，才能杜絕設備故障的頻繁發生，實現設備長周期、高效、安全穩定運行。

4 結語

離心式壓縮機正常運行與潤滑技術科學應用關系非常大，尤其是高速、重負荷的離心式壓縮機的安全運行更離不開穩定的潤滑油膜。對設備的潤滑維護可以避免設備故障發生，做好轉動設備管理首先從潤滑做起，每個設備管理人員必須熟練掌握潤滑維護保養知識，并應用到實踐中去，時刻保持潤滑的正常運作是重中之重，把設備潤滑作為核心內容管理，這樣才能更好地保障包括離心式壓縮機在內的大型轉動設備的穩定長周期安全運行。