肖承燃,劉傳云,于 月,李 坤

(中化泉州石化有限公司,福建 泉州362103)

離心壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等是石油化工行業(yè)的關(guān)鍵核心設(shè)備,其運(yùn)行狀況直接影響著裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)和長(zhǎng)周期運(yùn)行。軸瓦溫度過高和波動(dòng)是影響此類大型轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備安全運(yùn)行的典型故障隱患【1】。某廠100萬t/a乙烯裝置的制冷壓縮機(jī)由某鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)制造,為單缸三段葉輪離心式壓縮機(jī),型號(hào)為3MCL706,有2個(gè)吸入口和2個(gè)排出口。其主要性能參數(shù)如下:額定轉(zhuǎn)速為6948r/min,額定功率為11650kW,壓縮機(jī)三段排出壓力為1.435MPa,排出溫度為21.2℃,流量為183445kg/h。該壓縮機(jī)支撐軸承采用可傾瓦軸承,每個(gè)軸承由5個(gè)軸承瓦塊組成,止推軸承型式為金斯伯雷型軸承,潤(rùn)滑油型號(hào)為長(zhǎng)城TSA防銹汽輪機(jī)油46號(hào)。本文對(duì)該壓縮機(jī)軸瓦溫度過高和波動(dòng)原因分析過程進(jìn)行了詳述,同時(shí)還介紹了通過潤(rùn)滑油在線置換和安裝漆膜濾油機(jī)等解決軸瓦溫度波動(dòng)問題的措施。

1 設(shè)備運(yùn)行情況

該廠100萬t/a乙烯裝置于2020年9月開工,自投產(chǎn)以來乙烯制冷壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),但自2021年1月開始,軸瓦溫度出現(xiàn)波動(dòng),溫度峰值達(dá)到報(bào)警溫度105℃,且波動(dòng)頻次較多,波谷可降至100℃以下。從1月23日開始,情況發(fā)生轉(zhuǎn)變,軸瓦溫度波動(dòng)次數(shù)減少,波動(dòng)峰值最高達(dá)到118℃,且自峰值下降后無法降至100℃以下。軸瓦溫度波動(dòng)趨勢(shì)如圖1(a)～圖1(b)所示?，F(xiàn)場(chǎng)采用將軸瓦進(jìn)油壓力提高至0.18～0.20 MPa之間、同時(shí)將潤(rùn)滑油上油溫度由38℃降至35℃等多項(xiàng)措施進(jìn)行處理,但是軸瓦溫度波動(dòng)情況仍未得到有效改善。該壓縮機(jī)支撐軸承可以滿足125℃使用要求,但若軸瓦溫度繼續(xù)上漲至125℃,則需停車進(jìn)行軸承區(qū)拆檢處理,這將嚴(yán)重影響乙烯裝置正常生產(chǎn)運(yùn)行。

圖1 軸瓦溫度波動(dòng)趨勢(shì)

2 軸瓦溫度波動(dòng)原因分析

將支撐軸承的2個(gè)測(cè)點(diǎn)TIA51225與TIA51226的通道調(diào)換進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)調(diào)換后仍然是測(cè)點(diǎn)TIA51225溫度高,故首先排除了通道故障問題;打開測(cè)溫電阻所在的接線箱,查看后發(fā)現(xiàn)接線段子排及電阻線上無油漬,測(cè)量點(diǎn)阻值無異常,又排除了儀表故障原因引起軸瓦溫度波動(dòng)。分析壓縮機(jī)潤(rùn)滑油檢測(cè)結(jié)果(如表1所示)可以發(fā)現(xiàn),潤(rùn)滑油中雜質(zhì)含量有超標(biāo)情況,污染較嚴(yán)重,這可能會(huì)引起軸承節(jié)流塞堵塞,影響潤(rùn)滑油流量,使軸瓦冷卻不充分,進(jìn)而導(dǎo)致溫度升高。

表1 乙烯制冷壓縮機(jī)潤(rùn)滑油檢測(cè)結(jié)果

查看機(jī)組溫度、轉(zhuǎn)速及振動(dòng)變化情況,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與溫度變化無正相關(guān)性,而溫度與振動(dòng)變化具有正相關(guān)性,溫度波動(dòng)時(shí)振動(dòng)也同時(shí)出現(xiàn)輕微波動(dòng),說明軸承瓦塊存在摩擦的情況,因此推斷漆膜問題是造成溫度波動(dòng)的主要原因之一。漆膜是由于潤(rùn)滑油氧化變質(zhì)或油滴“微燃燒”等原因形成的高分子烴類聚合物,常規(guī)油品檢測(cè)(如酸值、黏度和清潔度等)很難發(fā)現(xiàn)漆膜的存在【2】。漆膜具有極性,極易在軸瓦金屬表面等位置附著,形成膠狀沉積,引發(fā)軸瓦溫度波動(dòng)升高、濾網(wǎng)堵塞和設(shè)備磨損等故障【3-4】。漆膜的形成主要包括油品氧化和析出附著兩個(gè)階段【5】。首先烴類油品在高溫等環(huán)境下發(fā)生氧化反應(yīng),生成羧酸、酯和醇等過氧化物,進(jìn)一步深度氧化后縮聚形成高分子聚合物。這些具有極性的漆膜前驅(qū)物在潤(rùn)滑油中具有一定的溶解性【2】。在一定的溫度和壓力條件下,這些漆膜前驅(qū)物的溶解度達(dá)到飽和,便會(huì)從潤(rùn)滑油中析出,極易在金屬表面附著聚集成膠狀沉積物,最終形成漆膜。軸瓦金屬表面形成漆膜會(huì)使軸瓦間隙減小,同時(shí)破壞軸瓦表面的潤(rùn)滑狀態(tài),造成軸瓦溫度升高。但是由于軸承間隙減小,軸的位置被進(jìn)一步束縛,因此振動(dòng)會(huì)下降。隨著漆膜的進(jìn)一步積聚堆積,軸瓦間隙逐漸減小直至軸瓦和軸頸之間發(fā)生接觸,造成振動(dòng)出現(xiàn)波動(dòng)。在與軸徑干接觸的瞬間,軸瓦上的部分漆膜會(huì)被磨掉,軸瓦溫度會(huì)瞬時(shí)上升隨后下降,但總體是呈現(xiàn)波浪式上升的狀態(tài),這與圖1所示的軸瓦溫度波動(dòng)趨勢(shì)相符合。

結(jié)合軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)一步對(duì)軸瓦溫度波動(dòng)根本原因進(jìn)行分析。軸承結(jié)構(gòu)如圖2所示,為下二上三布置,下瓦有2個(gè)帶孔瓦塊用于安裝電阻線測(cè)量軸承溫度。這種布置使軸承溫度測(cè)量傳感器距離巴氏合金僅0.89 mm,使溫度測(cè)量更加準(zhǔn)確。通過查閱記錄發(fā)現(xiàn),在安裝過程中,軸瓦安裝間隙偏下限(規(guī)定范圍0.23～0.27mm,實(shí)際安裝間隙為0.24mm),軸承間隙較小。當(dāng)軸承間隙過小時(shí),被帶進(jìn)軸承間隙中的潤(rùn)滑油量就偏少,就會(huì)造成軸承潤(rùn)滑不良、排泄量不充分、冷卻效果降低,進(jìn)而導(dǎo)致軸瓦溫度上升【6】。此外,該支撐軸承為節(jié)能軸承,軸瓦潤(rùn)滑油進(jìn)油孔直徑僅為3mm,這會(huì)造成進(jìn)油量偏少,摩擦產(chǎn)生的熱量無法全部被帶走,使得軸瓦溫度升高【7】。有研究表明,潤(rùn)滑油溫度每升高10℃,油品氧化速度增加1倍【2】。綜合上述分析可知,軸承間隙過小和進(jìn)油量低等因素共同作用造成軸瓦溫度偏高,這會(huì)促進(jìn)潤(rùn)滑油的失效氧化,造成潔凈度指標(biāo)超標(biāo),導(dǎo)致漆膜產(chǎn)生。

圖2 支撐軸承結(jié)構(gòu)

3 解決措施及效果

為提高潤(rùn)滑油潔凈度,需要進(jìn)行換油處理。若乙烯壓縮機(jī)停車,每日將造成數(shù)千萬元損失,因此采用在線換油方式。更換油品選用抗氧化性強(qiáng)、油泥和軟性沉積物(漆膜)生成傾向低的殼牌多寶S4GX46潤(rùn)滑油。首先依據(jù)GYLAB/QTDYF062*檢測(cè)方法對(duì)殼牌多寶S4GX46和長(zhǎng)城TSA防銹汽輪機(jī)油46號(hào)進(jìn)行混兌實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示,樣品全部均勻無分層,證明二者相容性良好。

表2為換油前后潤(rùn)滑油檢測(cè)結(jié)果,對(duì)比發(fā)現(xiàn),隨著新油比例的提高,潤(rùn)滑油中的污染物含量逐漸降低,潔凈程度顯著提高。但是新油比例達(dá)到90%后,軸瓦溫度依然存在明顯波動(dòng),需要進(jìn)一步處理。

表2 換油前后潤(rùn)滑油檢測(cè)結(jié)果

在線換油完成后,現(xiàn)場(chǎng)安裝潤(rùn)滑油漆膜氣動(dòng)濾油機(jī),進(jìn)一步去除潤(rùn)滑油氧化變質(zhì)產(chǎn)生的高分子烴類聚合物,降低潤(rùn)滑油中污染物含量,在防止新的漆膜產(chǎn)生的同時(shí)促進(jìn)附著在軸瓦金屬表面的漆膜溶解。目前清除漆膜的方法主要有靜電油液清除、平衡電荷聚結(jié)技術(shù)和樹脂基吸附過濾技術(shù)等【8】。靜電油液清除和平衡電荷聚結(jié)技術(shù)可以將油中硬顆粒及已經(jīng)析出的懸浮于潤(rùn)滑油中的漆膜沉淀物去除,但對(duì)于尺寸更小的漆膜前驅(qū)物去除效果不佳【5】。經(jīng)綜合考慮,決定采用樹脂基吸附過濾技術(shù),其原理如圖3所示。該技術(shù)采用特定的樹脂基顆粒,對(duì)潤(rùn)滑油中溶解的漆膜前驅(qū)物進(jìn)行選擇性吸附,在軟性污染物還處于溶解狀態(tài)時(shí)就持續(xù)地定向清除,降低油品中漆膜前驅(qū)物的濃度。已經(jīng)沉淀吸附在軸瓦金屬表面的漆膜會(huì)逐步溶解到清潔后的油品中,也會(huì)被樹脂基顆粒吸附清除,最終達(dá)到清除漆膜的目的。

圖3 樹脂基吸附過濾技術(shù)除漆膜原理示意

對(duì)比不同處理階段潤(rùn)滑油的漆膜傾向指數(shù)檢測(cè)結(jié)果(如表3所示)可以發(fā)現(xiàn),潤(rùn)滑油漆膜氣動(dòng)濾油機(jī)投用后,潤(rùn)滑油的漆膜傾向指數(shù)進(jìn)一步顯著降低。軸瓦溫度峰值變化趨勢(shì)如圖4所示。由圖4可見,潤(rùn)滑油漆膜濾油機(jī)投用后,軸瓦溫度峰值變化趨于平穩(wěn),再未出現(xiàn)大幅升高,壓縮機(jī)軸瓦溫度波動(dòng)問題得到有效解決。

表3 漆膜傾向檢測(cè)結(jié)果

圖4 軸瓦溫度峰值變化趨勢(shì)

為進(jìn)一步消除該故障隱患,后續(xù)檢修期間,除對(duì)軸瓦進(jìn)行清理或更換外,還需將軸瓦安裝間隙調(diào)整到設(shè)計(jì)值的上限,以增加軸瓦間隙,同時(shí)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)油孔進(jìn)行處理改造,增大進(jìn)油孔直徑,提高進(jìn)油量,保證軸瓦冷卻效果。

4 結(jié)論

結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、潤(rùn)滑油檢測(cè)和軸瓦結(jié)構(gòu)分析等方法對(duì)乙烯制冷壓縮機(jī)軸瓦溫度波動(dòng)故障原因進(jìn)行深入分析,發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油氧化并在軸瓦金屬表面形成漆膜是造成壓縮機(jī)軸瓦溫度波動(dòng)的直接原因,而軸瓦安裝間隙偏下限和進(jìn)油孔直徑偏小等結(jié)構(gòu)因素導(dǎo)致了軸瓦溫度升高,加速了潤(rùn)滑油氧化過程,促進(jìn)了漆膜的產(chǎn)生。通過在線置換潤(rùn)滑油和安裝漆膜氣動(dòng)濾油機(jī)等一系列處理措施,乙烯制冷壓縮機(jī)軸瓦溫度波動(dòng)問題得到了有效解決,再未出現(xiàn)溫度報(bào)警情況,滿足了安全穩(wěn)定生產(chǎn)需求。