CO2离心压缩机组高压缸止推瓦温度高原因分析及改善措施

杨向阳

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

年产30万吨合成氨52万吨大颗粒尿素厂CO2离心压缩机组是由沈阳透平机械股份有限公司制造，由汽轮机+低压缸(2MCL527)+变速机+高压缸 (2BCL356A)及润滑油站等组成。压缩机由四段13级（共13个叶轮）组成，低压缸、高压缸均采用碳环密封，原动机为杭州汽轮机股份有限公司生产的凝汽式汽轮机，压缩机与汽轮机之间均用膜片/盘联轴器联接，该设备是生产尿素产品的关键设备之一，压力高、转速高。

自2015年开车以来运行良好，在2018年7月装置年度大修期间，该机组高压缸大修更换了止推盘、级间气封、平衡鼓蜂窝密封，轴端蜂窝密封、碳环密封，开车后发现高压缸主止推瓦温度异常升高，测点TISA65040温度高达99.2℃，与检修前82℃相差较大，距离报警值105℃/连锁值115℃一步之遥，且还在不断上升中，严重影响机组运行安全（图1）。

1 原因分析

CO2压缩机组高压缸为六级两段结构（见图2），两段间设计运行参数如表1，针对止推轴承主推瓦温高这一现象，通过对机组各段间各项运行参数、压比、润滑油系统温度及压力等进行检查并与检修前参数进行比较分析，均未发现异常。

图1 机组运行参数图

图2 CO2机组高压缸结构

对机组高压缸轴向位移进行检查发现，轴位移探头显示数值最为0.34mm较检修前0.29mm大，初步判定轴位移偏大。进一步进行分析，此机组检修前已稳定运行近4年，期间机组高压缸也进行过3次大修，均未出现过此类问题，首先排除机组本身因设计缺陷导致轴向力大平衡盘无法平衡的原因。然后对机组检修数据进行核查，得出段间蜂窝密封/级间密封损坏将导致叶轮前盖板处气体大量流回叶轮入口，从而前盖板所受压力降低，结果使轴向力增加导致转子轴向力增大是止推瓦温度高的主要原因。

另根据此机组结构及旋向，在机组运转时增速箱及高压缸均会产生指向联轴器的热膨胀力，为排除膜片联轴器热膨胀变形的影响，同时减小四段向三段的轴向位移，在2018年11月份装置短停中，将增速箱与高压缸间联轴器膜片减少0.8mm，再次开车后此止推瓦温度仍无较大变化，根据此现象再次判断三、四段间蜂窝密封间隙增大导致泄漏增大，最终导致轴向推力增大造成温度上升。

表1 CO2机组高压缸设计参数表

2 改造方案、解决方法

为解决瓦温升高的根本原因，需要减少轴位移消除轴向力，而减小轴位移则意味着停车更换段间蜂窝密封或降低装置生产减负荷，将带来巨大费用，这是生产企业无法接受的，因此必须从其他方面着手。

2.1 从止推瓦块材质及结构方面改造入手

当前高压缸推力轴承为原厂提供的金斯伯雷型双侧止推轴承.每侧均有6块瓦块.其中2块相邻的瓦块上安装有镶嵌式电阻测温元件.对应主推力瓦上瓦块温度和主推力瓦下瓦块温度，如图3所示。通过对瓦块材质及结构进行分析、查找资料、借鉴别厂经验决定从以下几方面对止推轴承瓦块进行改造，以达到降低瓦温，保证机组安全的效果。

一是改变瓦块基材材质，由钢基变为更易导热的铜基材质。当前使用推力瓦块为金斯伯雷瓦块，瓦块基体材质为45#碳钢，新瓦块选用H62铜基材质导热更快。在100℃时导热系数约为123W/(m·℃)，而45#钢导热系数约为48W/(m·℃)，导热速率比原瓦块增加约1.5倍，极大的增大瓦块热量带走速率,降低瓦温。

图3 新旧瓦块基材改变对比

二是加大瓦块进油角，增大进油量。在瓦块进油侧，人工刮研对原瓦块进行改造，即对瓦表面进行处理，把瓦表面的进油侧边2～3mm范围内刮研出45°斜角（图4），可使止推盘在旋转带油时进油顺利，从而达到增大进油量降低瓦块温度的目的。同时还可增大油楔，可保证稳定的承载力学结构。

2.2 从工艺操作角度入手

图4 瓦块进油角人工刮研

一是通过对工艺操作参数进行调整，降低机组出口压力。从工艺操作方面入手，首先将下一工艺系统操作压力由14MPa降低至13.8MPa，然后将CO2机组高压缸出口压力由原14.2MPa降低至13.9MPa，从而降低出高压缸出入口介质压差，降低高压缸轴向力进而减小轴向位移达到降低瓦块温度的目的。

二是通过控制机组油冷器循环水降低进入轴瓦的润滑油温度，由原来46℃降低到42℃，从而加大润滑油冷却效果，增加瓦块热量带走的速率，达到瓦块温度降低的目的。

3 拆检情况

对瓦块完成上述改造后，于2019年1月上旬对机组高压缸进行瓦块更换检修，将旧止推瓦块取出后进行检查，发现副推瓦情况良好，主推瓦块的瓦面上存在油垢、结焦，且油垢位置靠近出油位置，这也验证了高压缸转子推力过大导致瓦块局部过热这一原因。

图5 主推瓦块结焦示意图

4 实施效果

2019年1月8日CO2压缩机组短停抢修，高压缸更换新的止推瓦块后高压缸主止推瓦温度由原来的99.2℃下降至88.5～90.2℃并一直稳定运行至今，效果显著。要清楚认识到还需要装置停车后机组大修更换段间、级间密封方可彻底解决问题。

5 结语

本文就CO2压缩机高压缸推力瓦温度高问题进行了分析，提出了具体的解决措施，并取得了良好的效果。在实际的生产过程中，离心机组瓦块温度的原因有很多，必须对其产生故障的原因进行分析判断，找到根本原因所在，并综合考虑处理的难易程度及对机组运行经济性和可靠性对症下药，就可解决或改善问题，保证设备的安全稳定运行。