空分装置增压机高速轴轴温持续增高原因分析及处理

张砷钇

(河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

0 引 言

空压机组是空分装置关键的动设备，关乎空分装置的整体负荷与稳定运行，其运行状况的好坏直接关系着整条化工产业链的生产经营[1]。空压机组的运行状态主要通过工艺参数以及轴振动、轴温等数据予以呈现，各项指标运行稳定无异常则表明机组运行良好。现有的空压机组中，多轴离心式空气增压机因其能耗低、压缩比高、叶轮数量少、占地面积少等优点，使用最为广泛；但多轴离心式压缩机因其独特的设计原理与结构特点，所有轴系在运行时均需监控轴振动、温度，相较于其他类型压缩机监控点更多，一点波动则“全身”波动，即当某一级或某一点的振动、温度出现异常变化时，均会影响增压机的正常运行。为此，如何保证各级或各轴振值、温度的平稳是增压机良好运行的关键所在[2]。

河南龙宇煤化工有限公司(简称龙宇煤化)二期58 000 m3/h空分装置采用开封空分集团有限公司经典的内压缩流程，配套增压机与空压机由1台杭州汽轮机股份有限公司生产的汽轮机拖动。增压机采用多轴离心式压缩机，由西安陕鼓动力股份有限公司设计制造，型号为EG56-5，属整体式齿轮压缩机，五级压缩，一级入口、二级入口和四级入口均设有可调导向叶片，增压机进气流量15 900 m3/h(标态)，进气压力0.595 MPa(A)，进气温度25 ℃，排气压力(止回阀后)6.7 MPa(A)；增压机共采用五根齿轮轴，输入轴正常转速4 081 r/min，第四级、第五级共用1根齿轮轴，正常转速为20 760 r/min，高速端为可倾瓦轴承，轴端采用碳环密封，机组润滑油、控制油共用1套油系统集中供油。

龙宇煤化二期空分装置自2014年10月原始开车以来，增压机轴温及位移量在运行期间虽出现过波动，但波动范围较小且次数较少，机组总体运行状况较好，未出现过大的运行问题。2019年7月增压机大修后，出现了增压机高速轴轴温持续增高的问题。以下就本次增压机高速轴轴温持续增高问题及处理措施等作一简介。

1 事故经过

龙宇煤化二期空分装置2019年7月大修后，前期运行中增压机五级轴承温度(TISA-01870A、TISA-01870B)稳定在92 ℃左右，2019年12月TISA-01870A出现缓慢上涨现象，经仪表、工艺、设备人员等检查后均未找到原因，怀疑为机组润滑油内有杂质，影响轴承的正常润滑；2020年1月当TISA-01870A持续上涨至100 ℃时，将龙宇煤化一期、二期空分装置轮换共用的1台滤油机运至二期空分装置，对二期润滑油站进行不间断地多种模式滤油，滤油后二期增压机TISA-01870A缓慢下降并逐步趋于稳定；2020年2月将滤油机轮换至一期空分装置润滑油站后，二期增压机TISA-01870A又开始上涨，再次滤油后TISA-01870A逐步下降并趋于稳定。一期、二期空分装置润滑油站经过多次轮换使用滤油机滤油，发现每次二期润滑油站停止使用滤油机后增压机TISA-01870A便会再次上涨，继续使用滤油机TISA-01870A就会逐步下降并趋于稳定。由于一期空分装置润滑油站运行状况较为稳定，可以暂不滤油，暂定将滤油机长期放置于二期润滑油站进行不间断滤油，以保证二期增压机五级轴温正常且稳定。

2 初步分析及初次检修

2.1 月度油样分析

龙宇煤化在润滑油站的生产管理中，每月对润滑油进行1次分析，因龙宇煤化分析设备配置及分析人员技术水平有限，只能对润滑油中的机械杂质、水分、粘度及闪点这四项指标进行分析，当时月度分析结果均在指标范围内。

2.2 油样外送分析

据月度分析结果，结合异常现象进行分析，初步判断为二期润滑油站内油质较脏，虽然润滑油中的机械杂质、水分、粘度及闪点这四项指标均在正常范围，但二期润滑油站于2014年投用，润滑油使用时间较久长期未进行过更换，仅在2019年7月份大修期间进行过抽油清淤，清淤过程中虽未发现有较多油泥的迹象，但二期增压机经过多年的连续运转及抽油清淤，润滑油中可能会含有微小的金属颗粒或灰尘，甚至在抽油清淤时沾染上污染物等，此类物质粒径较小，月度油样分析中无法检测出来，而若润滑油中的微小金属颗粒或灰尘进入轴承内部，会因堵塞轴承油孔而造成轴承进油不畅等[3]。为此，龙宇煤化将二期润滑油站润滑油取样外送检测，分析润滑油中的金属颗粒并进行元素分析、滤膜颗粒分析、泡沫特性分析及污染度等指标分析[4]，检测结果均正常。

2.3 初次检修

二期增压机平稳运行至2021年4月，其五级轴振动、温度开始缓慢上涨，TISA-01870A最高涨至104 ℃(TISA-01870A报警值110 ℃，跳车值115 ℃)，后下降至97 ℃左右基本保持稳定，振值正常为13 μm、14 μm，最高涨至27 μm左右。为此，龙宇煤化在2021年7月份系统大修期间对增压机四级、五级轴进行拆检，测量四级、五级轴承间隙，检查瓦块巴氏合金的完好情况、调整瓦背紧力等。

经对二期增压机四级、五级轴承进行翻瓦，发现五级轴侧表面不光滑，看似是轴承巴氏合金因温度过高而熔化黏轴[5]，但检查四级、五级两块轴承瓦块发现，其巴氏合金表面正常、无脱落熔化的现象，因瓦块正常无法判断是否为前期遗留问题，检查发现轴径未发生磨损，影响不大，未再作处理；五级轴承径向间隙复测正常，齿轮啮合靠近五级轴承位置齿根发黑，怀疑为此级齿轮润滑不良、喷油效果不好致温度过高而出现积炭现象，对此处喷油装置进行检查后回装，瓦背预紧力-0.03 mm。本次检修后，2021年7月底二期增压机一次性开车成功，但开车后其五级轴承温度(TISA-01870A、TISA-01870B)依旧较高——开车时TISA-01870A为90 ℃，生产负荷正常后TISA-01870A、TISA-01870B均在100 ℃左右波动。

3 优化调整措施

2021年7月30日开始，二期汽轮机转速提至4 181 r/min，增压机TISA-01870A与TISA-01870B分别由100 ℃、102 ℃开始逐步上涨，仪表检查无异常，使用滤油机持续滤油未得到改善，因TISA-01870A逐步上涨至108 ℃，接近报警值且五级轴振值也不断上涨，为此尝试进行各项优化调整，以降低轴承温度。

3.1 转速调节与降油温

2021年8月31日二期汽轮机转速由4 270 r/min降至4 200 r/min，空分装置氧负荷由46 000 m3/h降至45 000 m3/h，同时调控机组油冷器后油温至42～43 ℃，TISA-01870A稳定在108.8 ℃、TISA-01870B稳定在104.3 ℃。2021年9月2日将汽轮机转速提至4 220 r/min，并根据润滑油站油冷器的特性，将油冷器投用模式从单台运行切换为2台并联同时运行，将油冷却器后油温由40～42 ℃降至37～39 ℃，随即TISA-01870A降至106.1 ℃、TISA-01870B则降至103.3 ℃；2021年9月7日TISA-01870A逐步涨至108 ℃，为此对增压机五回四防喘振线进行调整；2021年9月9日TISA-01870A涨至111 ℃(超过报警值)，汽轮机逐步降转速至4 120 r/min，油冷器后油温控制在37.7 ℃，TISA-01870A降至110.4 ℃，仍处于报警状态。

3.2 调节油压

2021年9月11日将油箱回流阀全关，对润滑油油压进行调节——由0.212 MPa增至0.226 MPa，同时将控制油油压由0.91 MPa降至0.89 MPa，增压机TISA-01870A由110.2 ℃逐步降至107.9 ℃并稳定在约107 ℃；至2021年12月，TISA-01870A再次上涨至超过跳车值，振值涨至27 μm，四级叶轮处轴瓦温度(TISA-01869A/B)也接近报警值，采取调节油压、暂停分子筛、降低增压机负荷等多种措施均无效，于是二期增压机再次停车检修。

4 再次检修情况

4.1 喷油情况检查

因二期增压机2021年7月份检修后负荷正常时轴承温度一直持续增高，与检修之前相比，TISA-01870A、TISA-01870B更高且上涨速度更快，采用滤油机滤油后温度无下降趋势，由此怀疑此轴承已损坏，轴承本身存在问题；同时，再次怀疑轴承进油不足或回油不畅致热量不能及时带走，造成轴承温度持续升高。为此，在二期增压机停运后油系统未停运前，对其五级轴与大齿轮轴的啮合部位喷油情况进行检查，发现喷油状况良好；对四级、五级轴承的出油情况及润滑油量进行检查与对比，发现五级轴承出油量正常，未发现轴承出油口存在堵塞等现象。

4.2 五级轴承检查

对二期增压机五级轴承进行翻瓦检查，复测轴承径向间隙，使用抬轴法测得轴瓦径向间隙为0.28 mm，已超过原设计值0.23 mm；对轴承上、下瓦块进行检查，发现上瓦和下瓦均存在不同程度的偏磨，尤其是轴承顶部瓦块和东上瓦块，磨损现象比较明显，怀疑此轴承因磨损导致轴承的进油和回油油楔存在缺陷，润滑油无法及时带走轴承内部的热量，因五级轴承径向间隙数据已超出设计值无法再次使用，本次对五级轴承进行更换，使用抬轴法测得轴瓦径向间隙为0.20 mm，瓦背过盈0.05 mm，更换后五级轴承各项数据符合要求。

4.3 五级管口对中检查

因二期增压机四级与五级为同一根齿轮轴，但五级轴承温度和振值相较于四级轴承远远偏高，由此怀疑增压机五级蜗壳出口可能存在较大管道应力，导致增压机五级叶轮侧受力不均，进而引起轴承温度不断上涨。检查发现，五级管道相对蜗壳法兰向北偏移较大，为降低出口管道应力，重新对五级出口管道进行调整和对中。

4.4 轴承温度探头更换

二期增压机五级轴承的温度探头为轴承两侧各一个，于轴承上瓦对称分布，对两个温度探头进行检查，发现温度探头状况良好，温度探头插入后瓦块活动良好。为确保仪表探头无异常，本次对这两个探头进行整体更换，并重新校准以确保探头的位置与示数准确。

4.5 五级轴径检查

本次拆检轴承发现二期增压机五级轴承的轴径处磨损痕迹加剧，对轴承瓦块内表面和轴径部位进行对比确认，发现轴承内表面也存在轻微的磨损，轴和轴径均呈现出一种表面磨砂的现象，怀疑此间隙在运行时可能存在静电放电现象，导致此处油膜不稳定而出现击穿等现象，但无法进行验证，待下次检修时再进行检查与对比。

4.6 再次检修后二期增压机的运行情况

检修完成重启后，二期增压机运行状况良好，油冷却器后油温41.6 ℃，一级导叶开度41%、四级导叶开度47%，三级中抽去膨胀机流量63.1 km3/h，五级出口流量99 km3/h、出口压力6.58 MPa，TISA-01870A为91.7 ℃、TISA-01870B为90.7 ℃，轴振值VISA-01870X为14.9 μm、VISA-01870Y为22.71 μm，随着系统负荷的增加和运行时间的延长，TISA-01870A稳定在82.4 ℃、TISA-01870B稳定在84.7 ℃。

5 经验总结

本次二期增压机高速轴轴温异常增高期间，造成过二期空分装置及龙宇煤化整条二期生产线的短停，历经2次检修，二期增压机高速轴轴温异常问题终于得到圆满解决，为多轴离心式压缩机轴温异常增高的处理及操作积累了许多宝贵的经验，可为处理增压机类似问题或者其他多轴离心式压缩机此类故障提供一些参考与借鉴。

(1)对于大型化工装置而言，各装置生产联系密切，当某台压缩机组轴振动、温度出现异常上涨或波动时，因装置需连续生产无法及时停车检修，须针对异常现象不断进行原因分析并积极进行各项操作尝试，不可放任轴温或轴振值持续上涨，实在无法消除问题时则应尽可能延缓其上涨速度，最后再采取停车检修的方式，由此可将损失降至最低。

(2)压缩机正常运行时必须加强润滑油油质分析及过滤，轴温和轴振值上涨大多与润滑油油质较差有关。本案例中，二期增压机在初期轴温上涨时使用滤油机过滤润滑油即可抑制轴温的上涨趋势并使轴温趋于稳定，表明初期轴温的上涨与润滑油油质有一定的关系，轴承内部可能存在较小的机械杂质或灰尘，故在第一次检修时对轴承检查清洗合格后未更换轴承；后期轴温继续增高则表明润滑油油质不再是轴温增高的主要因素。但无论如何机组运行中必须加强润滑油油质分析，定期对润滑油中的微量元素等进行分析，从油质方面降低轴温升高的几率。

(3)压缩机转速也可影响轴温，当压缩机轴温不断上涨时，适当地调整压缩机转速，尤其是降低驱动轴转速，可以快速、短暂地降低高速轴轴温，延缓轴温上涨的速率。

(4)装置负荷的调整也会导致压缩机轴温波动，一般情况下可通过降低整套装置的负荷来降低压缩机的轴温，但其作用有限，通常之后压缩机轴温会继续上涨，只能通过不断地降低负荷来保证轴温的稳定；调整增压机单台设备的负荷也可干预轴温的变化，有时增大负荷可以降低轴温，例如增大防喘振阀开度、开大入口导叶、增加增压机单台设备的负荷,都能使轴温保持平稳，且操作经验表明，此举好于装置整体降负荷，可使轴温更加平稳且持久。

(5)润滑油油温和油压对压缩机轴温影响最为显著，油温越高，润滑油粘度越小、流动速度越快，降温效果越差；油温越低，润滑油粘度越大、流动速度越慢，降温效果越好。本案例中，调整过程中发现，油温越高，轴温不但上涨且速率越快，油温越低，轴温下降且相对稳定，但油温不可过低，超出设计值将严重影响机组的运行，同时还需考虑多台机组集中供油时其他压缩机的运行状况。同理，调节油压，增大机组的润滑油量，可带走轴承处更多的热量。本案例中，油压和油温经优化调节后，轴温最为稳定。

(6)通过其他工艺操作如分子筛充压时暂停分子筛程序、降低增压机入口温度、减小增压机负荷、调整机组防喘振曲线、单点降温等方式，也有延缓高速轴轴温上涨的效果，但效果不明显，且存在顾此失彼的问题。

(7)若各种操作均无法保证压缩机轴温的平稳，则必须在轴温达到报警值时停车检修，以免机组内部组件损坏而使事故扩大化且严重影响机组的正常运行。在处理压缩机轴温升高故障时，首先，要考虑喷油嘴是否堵塞、喷油畅通与否等，并尽可能在油系统启动时观察机组故障部位的喷油现象，避免停油后无法观察；其次，轴承温度探头损坏也是轴承温度波动的一大因素，但此原因在运行时可通过工况及其他参数进行识别，机组检修时必须对此类探头进行检查、校准、定位和更换，避免温度探头出现问题。

(8)对于多轴离心式压缩机而言，管道对中也是影响机组运行状况的关键因素，管口对中较差时会存在较大的管道应力，会引起相应级数的轴温、轴振值不断上涨，因此系统检修时必须对管道进行检查，保证管口对中。

6 结束语

随着增压机运转时间的不断延长，其轴振动、温度异常波动问题日益频繁，尤以多轴离心式压缩机最为突出，这是多轴离心式压缩机自身独特的结构和工作原理决定的。压缩机故障原因及现象虽不尽相同，但通常为多种因素共同作用所致，上述关于龙宇煤化二期空分装置增压机高速轴轴温持续增高事故的分析与总结，其他多轴离心式压缩机出现类似异常时也可借鉴其经验进行尝试与调整，探索有效的优化改进措施；同时，多数案例表明，压缩机轴温、轴振动异常时，最后往往均需更换新轴承，哪怕是旧轴承复测数据符合要求，为避免影响整个生产系统的运行或问题迟迟得不到解决，也必须购买新轴承备用，故平时须做好备品备件工作，避免出现因无备件而影响压缩机检修进度的情况，以免因备件制造或供货周期长严重影响系统运行而造成巨大的经济损失。