離心式壓縮機軸瓦溫度高原因分析與處理

劉建中，王衛宇

（陜西有色天宏瑞科硅材料有限責任公司，陜西榆林 719200）

1 離心式壓縮機簡介

陜西有色天宏瑞科硅材料有限責任公司某生產裝置，配套循環量約30 000 m3/h 的四級離心式壓縮機，輸送介質為氫氣。Pinnacle LF-2000 離心式壓縮機為核心機組（圖1），其通過電機驅動輸入軸，輸入軸和大齒輪為一體，大齒輪帶動高速軸運行，高速旋轉的葉輪帶動氫氣高速旋轉，氫氣在離心力的作用下，壓力升高。另一方面氫氣流速增加，在流經擴壓器的通道時流道口徑逐漸增大，前面的氫氣分子流速降低，后面的氫氣分子不斷涌流向前，使氫氣的絕大部分動能轉變為靜壓能，進一步起到增壓的作用，氫氣再通過外管路流入下一級葉輪進一步壓縮，從而使氫氣壓力達到工藝所需的要求[1]。

圖1 四級離心機壓縮機結構

離心式壓縮機的特點有：①結構緊湊、零部件重量較輕，排氣流量大；②易損零部件少，運行穩定、使用壽命長；③運輸氣體介質與潤滑油隔離，供氣純度高。

2 機組故障描述

該離心式壓縮機已投用4 年，在運行中發現高速軸軸瓦溫度逐步上升，其中第4 級軸瓦溫度上升最為明顯，正常狀態下的溫度曲線規則且保持在同一水平線，軸瓦溫度異常時的曲線不規則且呈上漲趨勢（圖2）。

圖2 各級軸瓦的溫度曲線

拆解壓縮機后，清理各級葉輪、高速軸并更換各級軸瓦，但未能解決軸瓦溫度高的問題（圖3、圖4）。

圖3 葉輪

圖4 高速軸瓦

3 故障原因分析

通過檢測軸與軸瓦間隙值、高速軸振動值、位移值等均在設計標準范圍內，排除機械方面導致軸瓦溫度高的原因。

檢修發現高速軸附著不溶凝聚物，分析判斷軸瓦溫度高由該附著物造成。經過用MPC（Membrane Patch Colorimetry，漆膜傾向指數）法對油品化驗檢測，分析該不溶凝聚物為漆膜。

因為該潤滑系統無流量監測，通過外置超聲波流量檢測儀檢測，潤滑油流量較正常值低約1/3。

綜合分析后認為，因為潤滑油流量下降，在軸瓦處造成潤滑不良、局部產生高溫，長時間運行后會導致軸瓦處潤滑油因高溫變質、產生漆膜。該物質不斷地聚集附著，使高速軸運動時摩擦力變大產生熱量，導致軸瓦溫度逐漸升高（圖5）。

圖5 高速軸附著漆膜

4 漆膜的基本認識

4.1 定義

漆膜是一種高分子烴類聚合物，是油品氧化的產物，顏色從淺棕色、棕色至棕褐色。漆膜在使用一段時間的機械設備油液中普遍存在，尤其在汽輪機油和高壓力，高轉速的液壓系統中更為常見。漆膜有極性，易粘附在金屬表面，危害主要有：①裝配間隙變小，增加了接觸面的摩擦，使軸瓦溫度上升；②油換熱器上附著的漆膜導致換熱效率下降、油液溫度上升、油品氧化加速；③堵塞潤滑油濾芯，油液循環不暢。

4.2 形成機理

（1）油品的氧化。潤滑油在使用過程中做不到絕對密封，空氣、水、接觸的金屬不可避免會混入潤滑油，研究顯示這些物質是加速潤滑油氧化變質的根本原因。

（2）油液的“微燃燒”。通常情況下，潤滑油中溶解的空氣飽和后，進入油液的空氣以小氣泡狀態懸浮在油液中。常壓狀態的潤滑油被泵入機械嚙合的部位受到擠壓，潤滑油里的小氣泡被壓縮升溫，使油液具備“微燃燒”條件，生成微小粒徑的不溶物，這些不溶物帶有極性，易粘附到金屬表面從而形成漆膜。

（3）油液中的電火花現象。潤滑油經過微小間隙處，如閥芯、精細濾芯時，分子間內摩擦產生靜電，累積后突然放靜電，局部產生高溫，此時也易生成漆膜。

4.3 測定方法及標尺

漆膜的顆粒尺寸通常小于1 μm，常規的油液分析方法如黏度指數、機械雜質、水分等很難檢測出漆膜。目前應用較多的檢測方法是MPC 法（ASTM D7843—2016《油液漆膜傾向性測試》）[2]，檢測報告為漆膜傾向指數，濾膜上沉積物越多、顏色越深則數值越大，其標尺為：0≤MPC＜15 時，正常；15≤MPC＜25 時，為監控狀態；25≤MPC＜35 時，為異常狀態；35≤MPC 時，為危險臨界點。

5 漆膜的處理

通過對漆膜的深入研究，發現傳統的機械過濾和簡單換油無法有效清除掉潤滑油系統中已經存在的漆膜，手動清洗的弊端是無法清除油冷器、油管內壁附著的漆膜，化學清洗的弊端是殘留液會腐蝕機械零件。目前市場可行的漆膜數量方法有3 種。

（1）離子交換樹脂過濾法。離子交換樹脂的吸附原理如圖6所示：交換基團分為固定部分和活動部分，固定部分被束縛在高分子基體上，不能自由移動、成為固定離子，活動部分與固定部分以離子鍵的方式結合在一起，成為可交換離子；固定離子和活動離子分別帶相反電荷，在溶液中活動部分離解成自由移動的離子，與溶液中的其他帶同種電荷的有害離子（如油品降解產物、漆膜、積碳等）發生交換，使之與固定離子相結合，被牢牢吸附在交換基團上，從而除去溶液中的有害離子。

圖6 離子交換樹脂吸附原理

（2）靜電吸附過濾法。靜電吸附是利用直流靜電發生器產生高壓靜電場，使油中微小顆粒物極化而分別顯示正、負電性，帶電極的微小顆粒在電磁場的作用下向相反電極方向游動，不帶電極的中性顆粒被帶電粒子擠著移動，最終帶電與不帶電的微小顆粒物都將依附于收集器上（圖7）。

圖7 靜電吸附過濾原理

（3）“靜電吸附+樹脂吸附”法。該方法利用樹脂吸附油液中溶解的漆膜，電荷吸附油液中懸浮的漆膜，效率高，后期樹脂耗材較低。

綜合分析比較，采用“靜電吸附+樹脂吸附”方法的效率更高，僅需5～7 d 即可處理完2000 L 潤滑油。

6 結語

通過對漆膜的處理，機組軸瓦溫度已恢復正常（圖8）。機組故障處理過程中，深刻認識到漆膜的危害性。由于漆膜的產生不易被發現，后期設備檢修時，應在關注機械問題的同時高度重視潤滑油漆膜問題，避免設備出現問題就盲目更換備件，造成浪費。

圖8 維修后各級軸瓦的溫度曲線