馬庭紅，陳維志，林 波，吳應(yīng)輝，許 濤

（西南油氣田公司蜀南氣礦工藝研究所，四川瀘州 646001）

0 引言

石油化工行業(yè)的生產(chǎn)具有連續(xù)性，其生產(chǎn)裝置需要長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。離心式壓縮機(jī)具有流量平穩(wěn)特性，大于喘振流量時(shí)無(wú)壓力脈動(dòng)，工藝氣體無(wú)潤(rùn)滑油（或密封油）污染，壓縮機(jī)體積小、重量輕、處理流量大、安裝占地面積小，高可靠性和低維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為石化行業(yè)提供壓力氣體的關(guān)鍵設(shè)備，故障停機(jī)會(huì)造成極大損失?？蓛A瓦軸承作為離心式壓縮機(jī)的關(guān)鍵零部件，其運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性對(duì)提高壓縮機(jī)穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命都具有非常重要的意義。但安裝不當(dāng)、潤(rùn)滑不良、潤(rùn)滑油污染、超載荷等不正確的運(yùn)行方式和操作都可能引起可傾瓦軸承異常磨損乃至失效損壞。

1 設(shè)備情況

某壓氣站主要功能為過(guò)濾分離、增壓輸送。采用國(guó)產(chǎn)電驅(qū)離心式壓縮機(jī)組，機(jī)組配置為1 用0 備，單臺(tái)裝機(jī)功率8.8 MW，壓縮機(jī)組為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的PCL502 管道壓縮機(jī)，壓縮機(jī)與原動(dòng)機(jī)之間采用膜片聯(lián)軸器直接聯(lián)結(jié)，壓縮機(jī)和增速齒輪箱采用聯(lián)合安裝底座，電機(jī)采用單獨(dú)安裝底座，整個(gè)機(jī)組采用潤(rùn)滑聯(lián)合油站供油，壓縮機(jī)軸端密封采用四川日機(jī)密封股份有限公司提供的干氣密封，原動(dòng)機(jī)采用上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司提供的電機(jī)。壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)增壓輸量1717×104Nm3/d～2006×104Nm3/d，最大增輸能力2102×104Nm3/d；最高轉(zhuǎn)速9374 r/min，額定轉(zhuǎn)速8927 r/min；壓縮機(jī)組目前增輸氣量為1729×104Nm3/d，進(jìn)氣壓力4.16 MPa，排氣壓力4.73 MPa。

PCL502 管道壓縮機(jī)主要由定子（機(jī)殼、隔板、密封、平衡盤(pán)密封、端蓋）、轉(zhuǎn)子（軸、葉輪、隔套、平衡盤(pán)、軸套、半聯(lián)軸器等）及支撐軸承、推力軸承、軸端密封等組成（圖1）。

圖1 PCL502 離心壓縮機(jī)總圖

PCL502 管道壓縮機(jī)支撐軸承采用可傾瓦軸承（圖2），可傾瓦軸承通常由3～5 個(gè)或更多個(gè)能在支點(diǎn)上自由傾斜的弧形瓦塊組成，因此又稱活支多瓦形支持軸承，也稱擺動(dòng)軸瓦式軸承。該壓縮機(jī)組可傾瓦軸承有5 個(gè)瓦塊，5 個(gè)瓦塊等距地安裝在軸承體的槽內(nèi)，用特制的定位螺釘定位。瓦塊內(nèi)表面澆鑄一層巴氏合金，由鍛鋼制造的軸承體在水平中分面分為上、下兩半，用銷釘定位、螺釘緊固；由于瓦塊能隨著轉(zhuǎn)速、載荷及軸承溫度的不同而自由擺動(dòng)，在軸頸周圍形成多油楔，且各個(gè)油膜壓力總是指向中心，因此具有較高的穩(wěn)定性（圖3）。

圖2 可傾瓦軸承結(jié)構(gòu)

圖3 可傾瓦軸承工作原理

2 拆檢情況

2021 年9 月，壓氣站按照安排對(duì)該離心式壓縮機(jī)組進(jìn)行計(jì)劃性年度檢修，停車之前機(jī)組各運(yùn)行參數(shù)正常，壓縮機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障分析系統(tǒng)無(wú)明顯異常溫度、振動(dòng)、位移等變化。拆檢前使用紅外線對(duì)中儀檢查核實(shí)電機(jī)與加速齒輪箱、加速齒輪箱與壓縮機(jī)組對(duì)中情況均符合安裝要求；檢查離心式壓縮機(jī)組軸向軸承和徑向軸承間隙均在規(guī)定范圍內(nèi)；拆檢可傾瓦軸承和止推軸承發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端可傾瓦軸承下端兩只瓦塊有5 cm×1.5 cm 長(zhǎng)條狀明顯的磨損痕跡，可見(jiàn)少許巴氏合金碾壓脫離，異常磨損明顯（圖4）。同時(shí)發(fā)現(xiàn)各推力軸承、可傾瓦軸承測(cè)溫探頭都有退出的現(xiàn)象，未能正確插入瓦塊溫度探頭檢測(cè)孔內(nèi)（圖5），不能真實(shí)地反應(yīng)瓦塊的溫度。

圖4 驅(qū)動(dòng)端可傾瓦軸承異常磨損

圖5 測(cè)溫探頭未正確插入瓦塊溫度探頭檢測(cè)孔內(nèi)

3 原因分析

3.1 安裝不當(dāng)

（1）瓦塊安裝不正確，不能自由擺動(dòng)，形不成多油楔，不利于油膜的形成，減少了支撐柔性,不具備吸收轉(zhuǎn)軸振動(dòng)能量的能力，會(huì)造成潤(rùn)滑不良和振動(dòng)加劇，加快軸承損壞。

（2）不正確的徑向間隙和軸向間隙，都會(huì)造成油膜形成困難、軸承潤(rùn)滑不良、振動(dòng)增大、磨損異常。

（3）離心式壓縮機(jī)的對(duì)中必須了解機(jī)組冷態(tài)找正數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過(guò)冷態(tài)找正后使機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)因熱梯度、壓力梯度、軸位移等引起的熱膨脹而超過(guò)支撐軸承的間隙范圍，從而保證機(jī)器的熱態(tài)對(duì)中，也能有效延長(zhǎng)軸承壽命，保證機(jī)組高效平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2 潤(rùn)滑不良

（1）在壓縮機(jī)瞬間啟動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子自身重量下壓，造成下部瓦塊油膜形成不好，導(dǎo)致巴氏合金磨損。

（2）壓縮機(jī)進(jìn)油油壓和油溫是否過(guò)低或過(guò)高。油壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致進(jìn)油量不夠，潤(rùn)滑不足；油溫過(guò)低導(dǎo)致油膜形成不好，都會(huì)導(dǎo)致軸瓦巴氏合金磨損。油溫過(guò)高冷卻軸承的效果不好，造成軸承溫度升高；此外,油溫升高還會(huì)使?jié)櫥偷酿ざ认陆?，容易引起局部油膜破壞，?rùn)滑失效，降低軸承的承載能力，甚至發(fā)生潤(rùn)滑油碳化而燒瓦。油溫過(guò)低，會(huì)使油的黏度增加，從而使油膜潤(rùn)滑摩擦力增大，軸承功率損耗增加。此外，還會(huì)使油膜變厚，產(chǎn)生因油膜振動(dòng)引起的機(jī)器振動(dòng)。因此，潤(rùn)滑油進(jìn)油溫度不應(yīng)低于25 ℃，出油溫度不高于60 ℃，一般保持油系統(tǒng)內(nèi)油溫在45 ℃左右。

（3）機(jī)組停車，特別是非計(jì)劃停機(jī)時(shí)，對(duì)于無(wú)高位油箱、靠事故油泵保證壓縮機(jī)惰轉(zhuǎn)潤(rùn)滑的壓氣站，油泵是否有?；蛘呤鹿视捅梦茨芗皶r(shí)啟動(dòng)的情況，如壓縮機(jī)停車時(shí)油泵停止運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致軸瓦沒(méi)有進(jìn)油，壓縮機(jī)惰轉(zhuǎn)時(shí)軸瓦沒(méi)有進(jìn)油會(huì)導(dǎo)致軸瓦巴氏合金很快磨損。

3.3 軸承污染

污染也會(huì)導(dǎo)致軸承過(guò)早損壞。污染是指由于特殊原因造成潤(rùn)滑油質(zhì)量變差，以及由于隔離氣過(guò)濾太差，造成有金屬屑、粉塵等進(jìn)入軸承內(nèi)部。主要原因包括：安裝時(shí)工作環(huán)境不清潔，軸承清洗不到位；軸承的工作環(huán)境不清潔、工作介質(zhì)污染等。

3.4 軸承疲勞

疲勞破壞是軸承常見(jiàn)的損壞方式。常見(jiàn)的疲勞破壞的原因有：軸承長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，未及時(shí)維修，維修不當(dāng)，設(shè)備老化等。

3.5 磨損原因判定

離心式壓縮機(jī)檢修拆檢過(guò)程中檢測(cè)的對(duì)中數(shù)據(jù)和軸向、徑向間隙都在規(guī)定范圍內(nèi)。查閱在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，除軸心軌跡圖有不具特別意義的不規(guī)則以外，其余振動(dòng)、位移數(shù)據(jù)無(wú)明顯異常。該機(jī)組潤(rùn)滑油一直使用廠家推薦油品并按時(shí)化驗(yàn)，油品不存在污染問(wèn)題。而且該機(jī)組一直未在負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行，從投運(yùn)到目前不到一年時(shí)間，不存在超負(fù)載和超保問(wèn)題。

回裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組可傾瓦套入軸位置時(shí)如果不使用專用工具只能借助鋼片撥動(dòng)瓦塊才能裝入，稍有不慎會(huì)劃傷瓦塊的合金面。根據(jù)本次年度檢修拆檢和回裝情況，結(jié)合機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)以及壓縮機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)綜合分析，本機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承出現(xiàn)的異常磨損，主要還是安裝過(guò)程未正確使用安裝工具（造成瓦塊劃痕），以及干線增壓過(guò)于頻繁的啟停，啟動(dòng)瞬間由于轉(zhuǎn)子自身重量造成下端瓦塊油膜形成不好，潤(rùn)滑不良，導(dǎo)致巴氏合金磨損。瞬間碾壓摩擦或軸承瓦塊測(cè)溫探頭安裝不到位，不能及時(shí)準(zhǔn)確反應(yīng)瓦塊溫度也是在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障分析系統(tǒng)未能檢測(cè)到溫度異常的一個(gè)原因。

4 處理及改進(jìn)措施

（1）處理措施：由于庫(kù)房有庫(kù)存?zhèn)浼?，測(cè)量后更換驅(qū)動(dòng)端可傾瓦軸承5 只瓦塊。更換下來(lái)的異常磨損瓦塊用水砂紙打磨，并進(jìn)行著色探傷，判斷有無(wú)裂紋，無(wú)明顯磨損的瓦塊探傷合格后做為備用。確?？蓛A瓦測(cè)溫探頭正確深入檢測(cè)孔內(nèi)，并重新固定可傾瓦測(cè)溫探頭避免運(yùn)行過(guò)程中脫出影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性或轉(zhuǎn)動(dòng)部件損壞探頭，保證其可靠性。嚴(yán)格按照《PCL502 離心式壓縮機(jī)維修手冊(cè)》相關(guān)要求進(jìn)行安裝，檢測(cè)徑向和軸向間隙。安裝完成后對(duì)機(jī)組重新進(jìn)行對(duì)中檢測(cè)，確保機(jī)組運(yùn)行中軸對(duì)中良好。

（2）改進(jìn)措施：嚴(yán)格執(zhí)行Q/SY 1239—2009《工作循環(huán)分析管理規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，定期對(duì)操作和修保規(guī)程進(jìn)行工作循環(huán)分析（JCA），確保設(shè)備的正確操作和維護(hù)保養(yǎng)。定期檢查潤(rùn)滑油質(zhì)量，分析油中的固體物質(zhì)含量以及化學(xué)雜質(zhì)，以確定潤(rùn)滑油的物理性質(zhì)，建立油中所有污染物的程度以及種類的信息，油品顆粒污染度不高于8 級(jí)；若長(zhǎng)期儲(chǔ)存，至少每星期盤(pán)車一次，停車超過(guò)24 h，啟機(jī)前必須手動(dòng)盤(pán)車2～4 圈，通過(guò)盤(pán)車可以檢查出泵內(nèi)部部件和螺桿是否摩擦。啟動(dòng)前對(duì)潤(rùn)滑油充分循環(huán)加熱到規(guī)定油溫，必要時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)油總管的主油壓（正常油壓為0.245 MPaG）及各供油支管的油壓（支撐軸承潤(rùn)滑油壓力0.03～0.10 MPaG，推力軸承潤(rùn)滑油壓力0.025～0.13 MPaG），并保證潤(rùn)滑油站儲(chǔ)能器正常投運(yùn)，確保油系統(tǒng)壓力平穩(wěn)可靠。定期測(cè)試事故油泵的可靠性，確保主、輔油泵異常停止時(shí)事故油泵能正確啟動(dòng)。嚴(yán)格按照《PCL502 離心式壓縮機(jī)維修手冊(cè)》進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，特別是對(duì)可傾瓦的回裝有條件的情況下，必須使用專用工裝，嚴(yán)禁使用銳利的鋼片撥動(dòng)瓦塊的安裝方式。下一年度檢修時(shí)，拆檢驅(qū)動(dòng)端可傾瓦軸承，進(jìn)一步驗(yàn)證此次故障原因和預(yù)防措施的有效性。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析檢修過(guò)程中的異常情況，找出問(wèn)題根源?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)，制定改進(jìn)措施，減少類似故障的發(fā)生，為離心式壓縮機(jī)高效、平穩(wěn)運(yùn)行打下基礎(chǔ)，也為離心式壓縮機(jī)組在西南油氣田的應(yīng)用提供理論和技術(shù)支撐。