蒸汽加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)故障分析及處理

蒸汽加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)故障分析及處理

一、服務(wù)于機(jī)組運(yùn)行的軸承超溫報(bào)警問(wèn)題盛利油田學(xué)會(huì)50.104噸/a的柴油回收裝置由德國(guó)borsig公司提供，采用蒸汽滲透性驅(qū)動(dòng)。自投用以來(lái)一直存在蒸汽透平止推軸承下瓦副推力面受力較大的現(xiàn)象,每次拆檢止推軸承,下瓦副推力面上都有一層瓦面高溫引起的焦?fàn)钗?但軸瓦溫度仍在報(bào)警值以下(報(bào)警值90℃)。裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造后,機(jī)組轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高,運(yùn)行中出現(xiàn)止推軸承副下瓦超溫報(bào)警問(wèn)題,最高時(shí)達(dá)105℃,為保證機(jī)組安全,只能降轉(zhuǎn)速運(yùn)行。歷次搶修都將解決問(wèn)題的重點(diǎn)放在了軸承的安裝、修刮調(diào)整上,主要檢查轉(zhuǎn)子、調(diào)整軸承間隙緊力、研配軸承止推面接觸面、修刮軸瓦油楔,對(duì)中找正等常規(guī)項(xiàng)目,甚至還請(qǐng)來(lái)了其他煉廠的專家乃至壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員,但都無(wú)功而返。直到2007年9月,終于找到了病根,并成功根治。二、進(jìn)汽壓力、溫度和轉(zhuǎn)速機(jī)組蒸汽透平部分參數(shù),型號(hào)B5S1-I,水平剖分式結(jié)構(gòu),輸出功率476kW(最大525kW),進(jìn)汽壓力3.5MPa(最大3.7MPa),進(jìn)汽溫度390℃(最高410℃),額定轉(zhuǎn)速8571r/min。增速箱型號(hào)GX-22,增速比2.039。壓縮機(jī)型號(hào)GC355/8,額定轉(zhuǎn)速17479r/min,采用齒式聯(lián)軸器。三、推力盤(pán)與推力盤(pán)的連接故障軸承為固定式止推軸承,分為上下兩塊組成一個(gè)環(huán)狀整體,瓦塊之間有一定寬度的排油槽(圖1)。此軸承構(gòu)造簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)緊湊,常用于軸向力較小、安裝空間狹小的場(chǎng)合,但推力瓦塊不能自動(dòng)調(diào)整,所以要求檢修研配工藝很嚴(yán)格,要求每塊瓦塊與推力盤(pán)接觸面積盡量一致,否則工作瓦面就不能平均受力,造成局部過(guò)熱燒損。瓦面研刮到接觸程度均勻一致后,就可根據(jù)轉(zhuǎn)子旋向修刮瓦面油楔。四、運(yùn)行函數(shù)1.轉(zhuǎn)速上升下瓦副推力面溫度對(duì)轉(zhuǎn)速異常敏感,隨轉(zhuǎn)速的升高,溫度上升的速度不斷加快,轉(zhuǎn)速升至5000r/min左右時(shí),瓦溫達(dá)85℃。繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速,則副下瓦溫度會(huì)急劇上升并造成軸承副推力面磨損,而上瓦副推力面和主推力面上、下溫度變化平緩,一般≤65℃。2.軸承溫度通過(guò)創(chuàng)建背壓面下緣檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn),每次都是下瓦副推力面巴氏合金磨損,而且越接近推力面下緣,磨損越嚴(yán)重。增大供油量、降低油溫、提高油壓對(duì)軸承溫度影響很小。止推軸承副推力面溫度比主推力面溫度高得多,而根據(jù)透平轉(zhuǎn)子軸向力的方向判斷,應(yīng)該是主推力面溫度高。3.透平旋轉(zhuǎn)熱態(tài)的止推間隙受到身體溫度的影響，表現(xiàn)出較大的人體溫度影響暖機(jī)或停機(jī)后,立即推拉透平轉(zhuǎn)子,其軸向竄量為零,而機(jī)組繼續(xù)冷卻后,軸向竄量又恢復(fù)為檢修時(shí)的冷態(tài)數(shù)值。4.推力瓦面接觸不良檢修時(shí),盡管推力盤(pán)與主、副推力瓦研配后,用著色法檢查接觸都很好,但每次拆檢,推力瓦面都出現(xiàn)接觸不良的跡象。止推軸承下瓦的副推力面外緣磨損較大,上瓦副推力面較好,而主推力面下瓦較好,上瓦僅有輕微接觸痕跡。五、導(dǎo)致問(wèn)題的方向錯(cuò)誤用常規(guī)方法,已無(wú)法解決故障軸承存在的問(wèn)題。因此,懷疑以往解決問(wèn)題的過(guò)程,可能存在方向性錯(cuò)誤。故對(duì)止推軸承高溫故障異常特征再三研判,認(rèn)為新的判斷可以合理解釋故障特征。1.止推軸不能形成正常的油膜如果是止推軸承無(wú)法形成正常油膜,應(yīng)不是軸承自身問(wèn)題,可能是其他隱避問(wèn)題的影響。2.軸承在透平熱態(tài)下的推擠間隙中的粘度間隙變化這一點(diǎn)可以推斷透平缸體熱態(tài)發(fā)生了彈性彎曲變形,透平的正常線性熱膨脹,是不會(huì)影響到止推軸承推力間隙的。3.透平殼體變形原因分析透平殼體發(fā)生較大向上彎曲的彈性變形,可以誘發(fā)止推軸承故障。殼體如果發(fā)生向上的較大彎曲變形,將牽動(dòng)軸承箱帶動(dòng)兩端軸承安裝位置發(fā)生歪斜(偏轉(zhuǎn)),使止推軸承推力面與轉(zhuǎn)子中心垂直的安裝狀態(tài)發(fā)生變化。軸瓦副推力面與轉(zhuǎn)子副推力盤(pán)發(fā)生線接觸,后者又阻礙了止推軸承的進(jìn)一步歪斜(偏轉(zhuǎn)),這樣轉(zhuǎn)子副推力盤(pán)會(huì)給止推軸承副推力面一個(gè)局部作用力。殼體彈性變形越大,止推軸承歪斜(偏轉(zhuǎn))越嚴(yán)重,轉(zhuǎn)子熱態(tài)推力間隙越小,越不能形成正常的油膜潤(rùn)滑,推力面局部發(fā)生干摩擦就越嚴(yán)重,軸承因摩擦產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)帶走,從而導(dǎo)致了止推軸承副推力面溫度偏高、磨損,這與運(yùn)行中表現(xiàn)出來(lái)的癥狀比較吻合。殼體彎曲變形后,轉(zhuǎn)子與軸承相對(duì)位置變化如圖2所示。如果能找出引起透平殼體產(chǎn)生熱態(tài)彎曲變形的原因,也就找到了解決問(wèn)題的辦法。有3種情況可能會(huì)導(dǎo)致透平殼體變形。(1)透平自身熱膨脹受阻。每次檢修時(shí)都清理透平滑銷系統(tǒng)以及打表測(cè)量,發(fā)現(xiàn)透平自身熱膨脹自由,沒(méi)有受到阻礙,開(kāi)(停)機(jī)時(shí)伸縮自如。(2)透平上下汽缸溫差過(guò)大。汽缸保溫不良會(huì)造成缸體向下彎曲(駝背),使透平動(dòng)靜部分間隙發(fā)生變化,但通過(guò)加強(qiáng)保溫措施,盡量減小透平上下汽缸溫差。機(jī)組運(yùn)行時(shí),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量上下汽缸溫差<10℃,該溫差引起的缸體變形不足以使軸瓦推力間隙消失。(3)外力作用引起殼體變形。首先懷疑到透平蒸汽管線。對(duì)透平入口、出口蒸汽管線檢查,發(fā)現(xiàn)機(jī)組平臺(tái)以下,透平蒸汽入口管線彈簧吊掛發(fā)生較大水平偏斜,向透平外側(cè)偏移量達(dá)60mm,其中外側(cè)吊掛的彈簧斷裂。彈簧吊掛發(fā)生較大水平偏斜,而且有一側(cè)吊掛的彈簧斷裂,是一個(gè)比較反常的現(xiàn)象。至少可以說(shuō)明彈簧吊掛受到了不該受的力,或者其受力已超過(guò)其承載能力,如果這個(gè)力轉(zhuǎn)移到透平殼體上,將導(dǎo)致透平殼體變形,對(duì)內(nèi)部動(dòng)靜間隙也會(huì)產(chǎn)生很大影響。基于此分析,對(duì)透平入口蒸汽管線進(jìn)行梳理,發(fā)現(xiàn)在入口管線上,缺少限制管線膨脹移動(dòng)的限制點(diǎn)。因?yàn)槿鄙龠@樣一個(gè)固定支架,管線熱膨脹產(chǎn)生的變形、管線位移、熱應(yīng)力,將全部轉(zhuǎn)移到彈簧吊掛和透平入口法蘭上。當(dāng)彈簧吊掛不能承受重負(fù)發(fā)生彈簧斷裂后,作用在透平入口法蘭上的力會(huì)更大,極可能使殼體發(fā)生變形。管線的異常與透平止推軸承高溫(磨損)到底是否存在關(guān)聯(lián),在對(duì)透平入口法蘭受力進(jìn)行分析后,確定法蘭受力方向與上述透平殼體熱態(tài)彎曲變形方向一致,可以判斷就是此力導(dǎo)致了止推軸承故障。六、解決措施和結(jié)論1.透平內(nèi)部法蘭面為平行面,機(jī)組運(yùn)行試驗(yàn)在透平入口蒸汽管線上,安裝固定托架。更換損壞的彈簧吊掛。為盡量吸收管線熱變形,在透平入口蒸汽管線上,新增加一段膨脹彎。重新配管、找正,確保透平入口法蘭中心對(duì)正、法蘭面平行。對(duì)止推軸承簡(jiǎn)單修刮,不做調(diào)整(目的是想檢驗(yàn)故障原因判斷的準(zhǔn)確性)。按正常程序開(kāi)機(jī),止推軸承溫度正常,主推力面溫度比副推力面溫度高1~2℃,主、副推力瓦溫度隨轉(zhuǎn)速變化平緩,透平轉(zhuǎn)速升至7600r/min時(shí),主推溫度53℃,副推溫度51℃,可以隨意升降轉(zhuǎn)速。以往開(kāi)機(jī)、運(yùn)行過(guò)程中的所有異?，F(xiàn)象全部消失,機(jī)組投入滿負(fù)荷生產(chǎn)。這證明了受管系影響發(fā)生殼體變形,進(jìn)而導(dǎo)致止推軸承高溫的判斷正確。2.透平體使用支、吊架的注意事項(xiàng)(1)與蒸汽透平機(jī)相連的蒸汽管道,由于操作溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于安裝溫度,在操作時(shí)因熱脹而產(chǎn)生的熱應(yīng)力必然作用到透平殼體上,當(dāng)這些荷載過(guò)大或不平衡時(shí),將引起殼體局部應(yīng)力增大甚至變形,進(jìn)而導(dǎo)致透平內(nèi)部間隙改變、動(dòng)靜部分摩擦、振動(dòng)增大。為此,必須控制作用在蒸