蜡油加氢装置循环氢压缩机汽轮机轴承温度升高原因分析及对策

魏文，刘明辉，钟湘生，李小明

（浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000）

国内某炼化大型炼化一体化项目建设有320×104t·a-1蜡油加氢处理装置，采用托普索公司的固定床油加蜡氢脱硫工艺技术，以直馏蜡油和渣油加氢蜡油的混合油为原料，经过催化加氢反应，进行脱除硫、氮、金属等杂质，降低残碳含量。装置循环氢压缩机选用单缸多级筒型离心式，由背压式透平驱动，不设备机运行平稳与否直接关系到整个装置的正常运行[1]，而汽轮机作为循环氢压缩机驱动机更是机组运行正常与否的关键。

1 装置简介

1.1 工艺流程

装置原料油换热升温后进入原料油缓冲罐。经加氢进料泵升压后与混合氢混合，依次经换热升温、加热炉加热至反应所需温度后进入加氢反应器进行反应，将原料中的硫、氮、氧等化合物转化为硫化氢、氨、水，原料中的烯烃、芳烃进行加氢饱和，并脱除原料中的金属等杂质[2]。反应器出来的反应流出物依次经换热后进入热高压分。热高分气体经换热后，再经热高分气空冷器冷至50 ℃进入冷高分。冷却后的热高分气在冷高分中进行油、气、水三相分离。自冷高分顶部出来的循环氢进入循环氢脱硫塔脱硫，脱硫后的循环氢自塔顶出来，经循环氢压缩机入口分液罐分液后进入循环氢压缩机升压，然后分成两路，一路作为急冷氢去加氢反应器控制床层温升，另一路与来自新氢压缩机的新氢混合成为混合氢（图1）。

1.2 机组流程

脱硫后的循环氢自循环氢脱硫塔顶出来，经循环氢压缩机入口分液罐分液后进入循环氢压缩机升压，然后分成两路，一路作为急冷氢去加氢反应器控制反应器床层温升，另一路与来自新氢压缩机出口的新氢混合成为混合氢（图2）。

在整个生产过程中，循环氢压缩机作为加氢装置的核心机组，主要发挥以下几点作用：1）维持反应器中较高的氢分压，防止催化剂结焦[3]。2）循环氢作为热传递载体，控制反应温度和床层温升。及时带出反应热，避免造成“飞温”[4]。3）改善催化剂床层反应物的分布状况，促使液体进料均匀分布在整个催化剂床层，从而提高反应性能。4）防止过度裂解。在反应物未再次裂解之前，将产品汽化带走，以尽可能减少产品裂解变为低值产品[5]。

1.3 机组情况

压缩机拟采用单缸多级筒型离心式压缩机，压缩机轴功率～4 458 kW，由低压背压式蒸汽轮机（设计技术参数见表1）驱动，额定功率～4 904 kW，压缩机与汽轮机之间采用膜片式联轴器，轴封采用带有中间迷宫密封的串联式干气密封。润滑系统采用压力润滑，机组设有液压冲击式盘车机构。

表1 汽轮机技术参数

2 问题分析

2.1 运行状况

该装置自2021年7月份投产以来，负荷平均保持在85%，循环氢压缩机负荷稳定、运行平稳。该压缩机的汽轮机驱动端轴瓦温度TI73033 从12月20日有上升趋势，12月31日达100 ℃。通过调整进轴瓦油压和油温、置换润滑油等措施，汽轮机驱动端仍然有多次波动，汽轮机驱动端轴瓦温度TI73033 最高波动至106 ℃。

2.2 问题分析

在汽轮机组故障中，轴承温度升高是较为常见的问题，引发轴承温度升高的因素众多，只要与汽轮机相关的零件故障均可能会导致其出现异常温度、振动升高[6]。如负荷变化、油温、油质、转子以及进汽参数波动等。因此在汽轮机轴承温度波动期间，先后检查了驱动蒸汽及背压蒸汽系统，压力和温度均无波动；检查了轴系的温度及振动仪表，全部显示正确；检查了润滑油品质，机杂、含水和粘度分析合格；由于转子质量不平衡而引发振动导致轴承温度升高时，轴向振动值会有大幅升高，而本机虽有升高，但幅度并不大。从诸多影响因素排查的结果表明，与该压缩机的汽轮机相关的运行条件均保持稳定。

排除了以上诸多影响因素，汽轮机轴承温度升高只能从自身结构展开分析。该汽轮机径向轴承使用阻尼轴承，这种轴承安装在前、后轴承座中，作用是承受转子的静、动载荷，保持转子转动中心与汽缸中心之间正确的位置关系，是转子与汽缸导叶持环、气封等静体的径向间隙在规定范围之内[7]。同时，在运行工况范围（转速、负荷）内的轴承油膜刚度、阻尼系数等特性可以确保转子-轴承系统功能稳定、安全长期运行。但是与目前流行的可倾瓦轴承相比，各方面性能稍逊，对比如表2所示。

表2 阻尼轴承与可倾瓦轴承对比

在轴承温度从正常运行时的 85 ℃上升到106 ℃的过程中，轴系振动值由正常运行时的22～25μm 上升到35～38μm，与正常机组的运行轴振动相比偏高，阻尼轴承的实际效果没有达到预期。从以上对比结果判断，该汽轮机轴承温度上升与自身结构关系密切，从瓦背面到瓦表面的供油形式回油量较小，容易引起油膜形成不好[8]，较长弧长的瓦块不利于热量带走，这时轴承温度就会大幅上升。

结合该项目其它循环氢压缩机轴瓦温度偏高且频繁波动拆检后的情况，驱动端支撑瓦有结焦积碳情况，且瓦温高的瓦块巴氏合金出现明显开裂，瓦面有一定程度磨损（图3）。原因是该轴瓦瓦块布置采用中心支撑形式，损坏的瓦块正好处于正下方，转子静止或低速转动时，承载最大[9]。瓦块的微小缺陷容易扩大，导致开裂，进而影响油膜刚度，造成瓦温偏高且不稳定。润滑油漆膜造成瓦块表面明显结焦，加之瓦温偏高，进一步加剧了润滑油的氧化和漆膜形成，造成恶性循环。

根据以上分析可以确定，蜡油加氢处理装置循环氢压缩机汽轮机轴承温度升高的主要原因为轴瓦的结焦积碳，结焦积碳物质是润滑油产生的漆膜。该汽轮机使用的阻尼轴承结构，从瓦背面到瓦表面的供油形式回油量较小，引起油膜形成不好，同时瓦块可能存在微小缺陷，影响油膜刚度，造成瓦温偏高。而润滑油漆膜造成瓦块表面结焦，又导致润滑油的氧化和漆膜形成导致轴承温度升高，形成了恶性循环。

3 对策

1）操作上通过稳定装置负荷进而稳定压缩机组负荷，减少转速、防喘等相关参数调整频次，稳定汽轮机的运行工况。

2）提高润滑油供油压力0.02～0.05 MPa，降低润滑油温度2～3 ℃，同时开启油站外部滤油机24 h不间断运行，对现油站在用润滑油循环多次过滤，最大限度减少润滑油所携带机杂等的影响。同时采购有除漆膜功能的滤油机，对润滑油进行外循环过滤，降低润滑油中软性沉积物（漆膜前身），降低润滑油漆膜倾向指数[10]，改善轴瓦的润滑情况，保证机组长周期稳定运行。

3）目前在用的壳牌Turbo 46 涡轮机油是壳牌最基础的一款润滑油品，抗氧化性能等相对较差。应对机组润滑油进行升级，更换为抗氧化性、抗漆膜效果更好的Turbo S4GX 46 涡轮机油。

4）待该机组停机检修时，要对有缺陷的瓦块进行更换，保证瓦块厚度一致，接触良好，PT 检测合格。对轴瓦进油口修刮油楔，轴承控油环出油孔进行扩孔0.1～0.2 mm，保证热油的回油，缓解积碳问题。

前三条措施实施后，该压缩机机的汽轮机驱动端轴瓦温度TI73033 自2022年1月25日下降至85 ℃，运行基本平稳。

4 结束语

针对该汽轮机轴承温度升高的现场，通过对轴系仪表、压缩机负荷、润滑油、转子以及汽轮机进汽参数等的排查，对照同项目渣油加氢装置压缩机拆检情况，判断出主要原因是该汽轮机采用的阻尼轴承结构缺陷，造成润滑油产生的漆膜在轴瓦上结焦积碳。采取了调整润滑油油压、油温，外部滤油机24 h 运行，更换抗氧化性、抗漆膜效果更好的涡轮机油等对策后，汽轮机驱动端轴承温度趋于平稳。但是这些调整不能彻底改善轴瓦温度异常的情况，根治措施还是要停机检修更换瓦块，对轴瓦进油口修刮油楔，轴承控油环出油孔扩孔，缓解积碳问题。在停机前若轴承温度上升，还可以通过降低机组负荷，使轴瓦温度有一定改善。