烟气轮机止推轴承温度偏高分析及改进措施

梁 彬

（茂名天源石化有限公司，广东 茂名 525011）

主风机组是催化裂化装置的核心机组，烟气轮机是主风机组能量回收系统的关键设备［1］。烟气轮机通过高速旋转做功，驱动轴流式压缩机，把催化裂化装置再生烟气中的热能和压力能转变为机械能［2］。此设备能否正常运行关系到装置的能量回收和平稳生产。某公司120×104t/a催化裂化装置2015年扩容改造后，其主风机组烟气轮机重新投用时出现了止推轴瓦温度偏高现象，最高时达97℃，引起装置报警。文中介绍了催化裂化装置停车期间对烟气轮机进行的故障原因分析、拆机检查、实施的技术改进以及重新投用后的运行情况。

1 烟气轮机使用概况

1.1 所属装置与机组

催化装置2011-11投产，设计加工能力120×104t/a。主风机组主要由烟气轮机、轴流风机、齿轮变速箱及三相异步电动/发电机组成。其中，轴流风机由西安陕鼓动力股份有限公司设计制造，齿轮变速箱由台朔重工股份有限公司设计制造，三相异步电动/发电机由佳木斯电机股份有限公司设计制造。

1.2 技术参数

烟汽轮机由渤海装备兰州石化机械厂设计制造，型号YL12000I，压缩级数为1，输送介质为再生烟气，烟气进口体积流量2 685 m3/min（标准状态），其他技术参数见表1。

表1 YL12000I烟气轮机技术参数

1.3 利旧改造

2015年催化裂化装置计划进行增产提效改造，改造后加工能力提升到170×104t/a。渤海装备兰州石化机械厂按照催化裂化装置170×104t/a的生产能力对烟气轮机重新进行了核算，认为只需要更换烟气轮机的外壳及转子即可满足生产需求。2015-12装置扩能改造时，对烟气轮机同步改造，拆除并更换了新的外壳、转子，保留了轴承箱以及轴承［3］。

1.4 运行故障

按照安全设置，该烟气轮机止推轴瓦超温报警值为90℃，超温人工停机报警值为100℃。利旧改造后，烟气轮机试机投产即出现止推轴瓦温度偏高现象。由于未到计划检修时间，同时考虑到温度虽然偏高，但稳定在95℃，没有继续升高的趋势，执行了在特护状态下机组继续运行处理方案。2016-08催化裂化装置定期停车检查期间，对其进行了故障分析及技术改进。

2 烟气轮机运行情况及影响因素分析

2.1 润滑油系统

通常情况下，外部供油环境，包括润滑油牌号选错、进油量不足、轴承进油温度偏高、润滑油中带水或含有其他杂质等均有可能引起烟气轮机机组轴承温度偏高［4］。烟汽轮机、轴流压缩机、齿轮变速箱及三相异步电动/发电机的三机组共用润滑循环系统见图1。机组系统润滑油储存于主油箱中，系统运行时润滑油出主油箱，经螺杆泵压缩并根据泵出口处润滑油的压力情况分为3个流路继续循环。第1个分支流路，当泵的出口压力大于等于安全阀设定压力（1.0 MPa）时，返回主油箱，完成一个循环。第2个分支流路，当泵的出口压力大于等于自力式调节阀设定压力 （0.8 MPa）时，返回主油箱，完成一个循环。第3个分支流路，经双联冷却器（1用1备）冷却，再经双联滤器（1用1备）过滤，最后分为5个流路继续循环。

图1 催化裂化装置主风机组润滑油系统图

第3个分支流路的5个分支循环流路为，①经三阀组输送至高位油箱，由高位油箱返回主油箱。这一路中，当润滑系统的润滑油中断时，可利用高位油箱差压将润滑油返回润滑油总管送到各润滑点，保证机组惰走期间润滑需要。②输送至电机各轴承点润滑后汇集到回油总管返回主油箱，完成一个循环。③输送至齿轮箱进入各轴承点润滑后汇集到回油总管返回主油箱。④输送至主风机各轴承润滑点后汇集到回油总管返回主油箱。⑤输送至烟气轮机各轴承润滑点后汇集到回油总管返回主油箱。

烟气轮机技术改造前，油冷却器进口润滑油温度为51℃，出口润滑油温度为42.5℃,符合烟气轮机轴承进油温度35～45℃的要求。取润滑油油样做化验分析，检测结果也符合相关要求，证明润滑油产品是合格的［4-7］。此外，主风机组其他设备的轴承温度并未出现异常现象。综合判断认为，外部供油故障引起烟气轮机止推轴瓦温度偏高的可能性很小，有必要对烟气轮机展开拆机检查。

2.2 轴流风机

烟气轮机是主风机组中的原动机，通过联轴器带动轴流风机、变速箱及电机/发电机的转子转动。轴流风机转轴会随着工作温度的变化发生伸缩，此伸缩量会影响联轴器工作时的位置，可能对主风机组的正常运行产生不良影响。因此，作为一项调节措施，在常温下进行联轴器安装时会预留一定的轴向距离，使转轴处于预拉伸或预压缩状态，以此消除轴流风机的影响。预留的间隙应有合理的范围，过小会引起振动，过大会使烟气轮机止推轴承在工作时受到附加的轴向拉力而引起止推轴承温度高。这个间隙既是轴流风机轴的实际受热伸长量，也是烟气轮机与轴流风机联轴器预留轴端距的标准。

已知轴流风机进口温度33.7℃，出口温度196.5℃，轴流风机进、出口间距离2.5 m，按下式计算轴承受热伸长量［8-9］：

ΔL=αLΔt

式中，ΔL为轴长度受热伸长量，L为轴原有长度，m；α 为轴材料受热线膨胀系数，α=12×106℃-1。Δt为受热前后轴温度的变化，℃。代入数值计算，得ΔL=0.004 88 m。考虑到轴流风机温度从入口到出口逐渐升高的实际情况，采用算术平均温度计算实际伸长量，最终确定的实际伸长量为ΔL/2，即 2.44 mm。

经测量，烟气轮机与轴流风机联轴器两端面凸凹之间距为315 mm，中间连接节长度加上调整垫片厚度总长为312.24 mm。基于测量数据计算的轴承端距为315－312.24=2.76(mm)，轴承端距预留标准为2.44 mm，二者相差 0.32 mm，说明轴端距变大了，所以需要通过加垫片进行调整。

2.3 止推轴承

YL12000I烟气轮机止推轴承为金斯伯雷式轴承，实物见图2。

图2 止推轴承座下半部分

这种止推轴承主要部件包括止推瓦块、上水准块（上摇块）、下水准块（下摇块）及基环，各部件间的接触为球面支点接触。

球面支点接触的优点是，可以保证止推瓦块和水准块（摇块）自由摆动，使载荷分布均匀。当止推盘随轴倾斜时，推力瓦块可通过上、下水准块自动找平，使得所有推力瓦块保持在同一平面上，从而与推力盘形成均匀接触，保证所有的推力瓦块均匀承受轴向推力，避免引起局部磨损。球面支点接触也有明显的缺点，即没有调整垫片，止推间隙难以通过垫片调整。

2.4 止推轴瓦

按照说明书规定，止推轴承的轴向间隙应在0.25～0.33 mm。经检测，止推轴承的轴向间隙为0.18 mm，明显偏小。通常认为，止推轴承是依靠转动产生的离心力把依附在其表面的润滑油甩出来达到降温的目的的。止推间隙不足时，止推盘与止推轴瓦间的油膜厚度会减小，被甩出的润滑油相应减少，冷却效果就会下降，从而引起止推轴瓦温度升高［10-12］。

拆开止推瓦块查看，表面未见损伤，衬块也无夹渣、气孔、脱落及裂纹等缺陷。将衬块放入煤油中，渗透30 min后涂白粉检查，未见脱壳现象。用着色法检查，各瓦块的巴氏合金表面与止推盘表面接触面积不低于75%，接触点达 3～4点/cm,瓦块背部承力面光洁，无烧灼、胶合及压痕等重载痕迹。经测量，每块瓦块厚度误差小于0.01 mm,止推瓦块各定位螺钉配合间隙正确，止推瓦块可以自由摆动［13-14］。

综合分析认为，止推轴瓦轴向间隙比标准值小0.07 mm是止推轴瓦温度偏高的主要原因。

2.5 止推盘

止推盘表面太粗糙、有沟槽或发生凸起等都可能破坏油膜，甚至磨坏瓦块。对止推盘进行目测和量具测量，结果表明，止推盘表面光洁平整，表面粗糙度Ra=1.8μm,未发现径向沟痕，轴向沟槽深度不超过0.02 mm，止推盘厚度沿圆周偏差不超过0.01 mm,轴向跳动不超过0.015 mm。因此推断，止推盘状况良好，不会引起止推轴瓦温度偏高［15-16］。

3 烟气轮机故障原因及改进措施

3.1 故障原因

对烟气轮机润滑油供应、轴流风机、止推轴承、止推轴瓦以及止推盘运行情况及影响因素的分析表明，引起烟气轮机止推轴承温度超标的原因主要有2个,①烟气轮机与轴流风机轴承端距偏大。②止推轴承轴向间隙太小。其中,止推轴承轴向间隙太小是主要原因。

3.2 改进措施

3.2.1 止推间隙调整

止推轴承轴向间隙的调节通常采用间接方法，即通过加减副止推轴瓦基环垫片数量来改变止推轴承的轴向间隙。YL12000I烟气轮机止推轴承零部件装配图见图3。从图3可看出，副止推轴瓦基环安装在定位槽中，在上轴承座有防止基环转动的螺钉从径向进行紧固。下轴承座没有防止基环转动的螺钉，定位槽中没有加减垫片的轴向位置。因此，通过加减垫片调整YL12000I烟气轮机止推轴承轴瓦轴向间隙的操作方案是不可行的。

图3 止推轴承零部件装配图

2015-12烟气轮机安装阶段止推瓦间隙偏小情况已经存在，但由于多种原因一直未作处理。投产后止推轴瓦温度一直偏高，2016-08装置停汽消缺检修时用手工修复的方式进行间隙调整。具体操作工序为，①把2000目金相砂纸放在平台上，固定4个角。②测量副止推轴瓦厚度。③把副止推轴瓦放在砂纸上作8字型研磨。④研磨后测量瓦块厚度，比较瓦块各部位厚度，若厚度不一致则进行局部刮研，同时在止推盘上用着色法进行接触情况检查。④反复多次，直到满足每块轴瓦与止推盘均匀接触，每块轴瓦厚度差不大于0.2 mm,表面接触面积不低于75%，接触点不少于3～4点/cm，止推轴瓦轴向间隙达到0.29 mm的组装要求。

3.2.2 联轴器轴端距调整

针对烟气轮机与轴流风机轴承端距比安装标准大0.32 mm的情况,在联轴器中间连接节处增加0.3 mm厚的不锈钢垫片。

3.2.3 轴瓦油囊修复

主止推轴承瓦块长时间在高温下运行导致瓦块油囊破损，在不影响止推瓦块有效受力面积的情况下，用刮刀轻轻在瓦块进油边沿入油方向刮研修复，使瓦块进油侧巴氏合金呈圆滑过渡，易于进油和形成油膜，以增加瓦块进油量［17］。修复前后主止推轴承装配数据见表2。

表2 改进前后主止推轴承装配数据 mm

4 改进后烟气轮机运行情况

2016-08烟气轮机技术改造完成。改进前后主止推轴承轴瓦各瓦块温度见表3。由表3可知，改进后止推轴承温度降到报警值以下，达到了预期改进效果。

表3 改进前后主止推轴承各瓦块温度 ℃

5 结语

烟气轮机止推轴承改造于2016-08完成。主风机组重新投运后运行状况良好，烟气轮机止推轴承轴瓦温度正常。实践证明，烟气轮机止推轴承改造有效解决了止推轴承轴瓦温度偏高报警问题，提高了机组运行安全性，减少了操作人员劳动强度，为解决类似问题积累了经验。