裂解裝置乙烯壓縮機組軸瓦損傷故障分析

趙廣濤，李永水

（中國石油遼陽石化分公司動力廠，遼寧遼陽 111003）

0 引言

某套蒸汽裂解裝置于1973 年從法國德西尼布公司成套引進，1979 年建成投產。裝置以石腦油為主要原料，經高溫裂解生產聚合級乙烯和丙烯。其中，乙烯壓縮機與裂解氣壓縮機、丙烯壓縮機，組成乙烯“三機”機組，是流程工業上的核心設備。機組振動高是運行異常的主要表現之一，造成機組振動高的原因有很多，如機組軸系不平衡、流體失穩、碰磨、軸瓦損傷、松動等。

1 軸瓦的特點及材料

轉軸被軸承支承的部分叫做軸頸，與軸頸配合的部件就是軸瓦。軸瓦一般是指在滑動摩擦狀態下工作的軸承（滑動軸承），有運轉時間長、運行平穩、噪聲小的特點。在液體潤滑的條件下，接觸表面被潤滑液形成的油膜分開，因而沒有直接接觸。其存在的缺點是，在泵啟機瞬間油膜還沒有完全形成，所以摩擦阻力非常大。

軸瓦的材料主要分為非金屬和金屬兩類。

（1）非金屬滑動軸承的材料主要以塑料為主，軸承用塑料大部分選用整體性能比較好的工程塑料。大部分制造商都有工程塑料自潤滑技術，通過纖維、特種潤滑劑、玻璃珠等方法對工程塑料進行自潤滑增強改造，使塑料達到一定性能，再用改性后的塑料加工成可以自潤滑的塑料軸承。

（2）目前使用最多的金屬滑動軸承是三層復合軸承，一般是以碳鋼板為基礎，通過燒結技術在鋼板上先燒結一層球形銅粉，然后再在銅粉層上燒結一層PTFE（聚四氟乙烯）潤滑劑。中間一層球形銅粉主要作用就是增強鋼板與PTFE 之間的結合強度，在運行時還有一定的承載和潤滑作用。

2 軸瓦損傷的故障特征及主要原因

機組所用軸瓦發生損傷故障后，主要特征有3 個：①整個機組軸系支撐剛性下降、一倍頻幅值增大，損傷嚴重時還會出現與軸頸接觸的磨碰現象，磨碰后會造成軸瓦局部溫升增大；②振動值隨負荷變化明顯，隨著機組所載負荷的增加而增大，隨著負荷的減少振動值也同樣減少；③振動值隨潤滑油油溫變化而變化，軸瓦間隙大，通過降低潤滑油油溫，振動值也相對降低，加大潤滑油油溫，振動值也同樣增大。

壓縮機組在正常運行或啟停機過程中，軸瓦發生損壞故障的原因主要有兩個：①由于潤滑系統出現故障，潤滑油突然中斷或潤滑油品質惡化都會使油膜形成不好，從而導致接觸面潤滑不良，導致軸瓦與軸頸發生碰磨，表面合金層脫落；②如果軸瓦內含有雜物、軸系中心不同心等原因會引起轉軸與軸瓦之間產生動靜摩擦，導致軸瓦損壞，表面合金層脫落。

3 滑動軸承斷油及磨損原因

（1）油泵聯鎖問題。壓縮機組附屬潤滑油系統油泵聯鎖設計、安裝不合理，或運行中未投用聯鎖保護，當發生事故機組停機時油泵不能正常聯鎖啟動，造成潤滑油中斷提供，導致軸瓦缺油磨損、損壞。

（2）新安裝或大檢修后的壓縮機組，在安裝時有部件漏裝或安裝精度不足，在運行時軸承會發生偏轉、造成軸瓦損壞。

（3）壓縮機組運行過程中主油泵故障停機，造成潤滑系統供油中斷、導致軸瓦損壞。

（4）壓縮機組潤滑油系統的切換操作不當，造成潤滑系統供油中斷、導致軸瓦損壞。

（5）壓縮機組潤滑油系統閥門的安裝不符合標準。

（6）壓縮機組潤滑油品質不高，潤滑油油溫過高或偏低，潤滑油中混入水使潤滑油被水解、乳化，造成軸瓦油膜無法建立或建立不良，導致軸瓦損壞。

（7）壓縮機組潤滑油系統油泵的儀表輔助系統不準確，使操作人員判斷失誤，造成潤滑系統供油中斷，導致軸瓦損壞。

（8）新安裝或大檢修后的壓縮機組在進行潤滑油系統清洗時，由于沖洗不干凈使得安裝或大修過程中遺留的鐵屑或雜物進入壓縮機組內部，并在運行中被帶入軸瓦間隙內，破壞軸瓦表面合金層，造成瓦面平整度不足，導致軸瓦損壞。

（9）壓縮機組運行過程中徑向振動值較大，軸瓦間隙不足以補償，導致軸瓦損壞。

4 案例分析

4.1 故障機組參數

故障機組離心機與汽輪機參數見表1，其中離心機的殼體材料為ASTMA350LF3、轉子材料為AISI4320。

表1 機組詳細參數

C401 壓縮機組為透平驅動的乙烯壓縮機組，用于輸送裂解裝置中生產出來的乙烯，是該套裂解裝置的關鍵核心設備（圖1）。

圖1 乙烯壓縮機21C401 機組概貌

4.2 故障現象

2019 年4 月14 日8:00 左右，C401 乙烯壓縮機驅動端軸振動由9 μm 緩慢下降，一直到當日晚上21:00，X/Y 的振動值最低下降到5 μm，同時該側軸瓦溫度上升了約1 ℃、軸瓦溫度為75 ℃。隨后，該側振動值逐漸上升，到4 月17 日軸徑向振動穩定在約35 μm（圖2）。在整個過程中，徑向軸瓦溫度上升了約6 ℃、達到80 ℃，并維持穩定。

圖2 XT4102X/Y 測點振動趨勢圖

4.3 原因分析

乙烯壓縮機異常后只有XT4102X/Y 測點出現了明顯的振值增高現象，XT4102X/Y 測點間隙電壓分別為8.94 V 和8.64 V，均在線性范圍之內。振動頻率以工頻占主導如圖3 所示：振動發生變化時，主要是工頻變量，合成的軸心軌跡為橢圓形見圖4、圖5，隨著機組振動值的不斷升高，軸瓦溫度升高了6 ℃。

圖3 振動異常后XT4102X/Y 測點波形頻譜圖

圖4 振動異常后XT4102X/Y 測點軸系軌跡圖

圖5 振動異常后XT4102X/Y 測點波形

對以上現象綜合分析后認為，引起機組發生振動異常的主要原因為：XT4102X/Y 測點處軸瓦損傷，軸瓦間隙配合超差。

結合現場實際生產情況，建議先降低潤滑油溫度，穩定操作，避免發生生產波動，加強機組運行監護，穩定機組運行至計劃檢修時間，避免了非計劃停車。

4.4 現場檢修反饋

2019 年6 月，乙烯壓縮機組安排窗口解體檢修，抽出下部瓦塊發現有磨損，軸頸相應部位有結焦物，軸承間隙超標一倍（圖6、圖7）。檢修結果與故障期間診斷意見一致，印證了之前的診斷結論。

圖6 下瓦塊磨損

圖7 軸頸結焦