离心式压缩机径向轴瓦温度波动的原因分析

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山西潞 安煤基 合成 油有 限公 司现 有- 套18万 t/a合成氨、30万 t/a大颗粒尿素装置。其中，合成氨装置有-套离心式氨压缩机组，为合成氨系统提供冷量，由透平驱动。在近4年的运行中，氨压缩机总体运行平稳。期间，出现了-次压缩机驱动端径向轴瓦温度波动的情况，经过分析，找到了导致温度波动的原因，为机组的连续、安全、稳定运行提供了保障。

1 设备简介整套氨压缩机组为分体式组装机组，主要由压缩机组(含汽轮机、压缩机、共用底座)、-l0℃氨分离器、5℃氨分离器、中冷器、氨冷凝器、液氨贮槽、不凝气体抽气回收装置、润滑调节油站、高位油箱、电控系统、管道及管道附件等组成。压缩机和汽轮机安装在共用底座上，由汽轮机通过膜片联轴器驱动压缩机。汽轮机为杭州汽轮机股份有限公司生产的凝汽式汽轮机，压缩机为重庆通用工业(集团)有限责任公司生产，有关参数见表 1。压缩机的径向轴承为5瓦块可倾瓦轴承，上轴承芭2块轴瓦，下收稿日期：2013-05-29作者简介：王文婷，女，1983年出生，2004年毕业于山东大学，学士学位，现主要从事合成氨及尿素合成技术管理及技术改造工作。

轴承芭3块轴瓦，轴瓦由碳钢本体和巴氏合金轴承组成，润滑油由轴承壳下部进油，上部排油，在底部瓦块上有-个铂热电阻测温元件，用于检测径向轴瓦的温度，确保轴承安全稳定运行。

表 1 压缩机设计运行参数项 目 参数压缩介质进口流量/m ·rain进口压力/MPa(A)进气温度/℃补气进口流量/m ·min补气进 口压力/MPa(A)补气进口温度/℃排气压力/MPa(A)润滑油供油温度/℃润滑油供油压力/MPa(A)径向轴承轴瓦温度/qc径向轴承直径间I，/mm100%气氨82.10.236- 10117.30.43651.74≤450.25≤1050.14～O.182 流程简介从 -10℃氨分离器来的气体进人压缩机进气口，开始进行压缩机第-段压缩。第 1、2级叶轮出口气流分别进入各自的无叶扩压器、弯道、回流器，然后到下-级进-步压缩。从5℃氨分离器来的补气气体进入压缩机补气口，在第2级的弯道出口处与前两级叶轮压缩后的气体相混合，然后进人第 3级叶轮，开始第 2段的气体压缩过程。第 3、4级叶2013年 6月 王文婷：离心式压缩机径向轴瓦温度波动的原因分析 ·39·轮出口气流分别进人各自的无叶扩压器、弯道、回流器，然后到下-级进-步压缩。第 5级叶轮出口气流经扩压器扩压后进人第 2段排气蜗室排出压缩机，进入中间冷却器。冷却后的气体进入压缩机第3段进气口，开始进行压缩机第 3段压缩。第 6级叶轮出口气流经第6级无叶扩压器、弯道、回流器，然后进入到第 7级进-步压缩。第7级叶轮出口气流经扩压进气端两侧器扩压后进入第 3段排气蜗室排出压缩机，进入氨冷凝器。

3 运行中出现的问题在氨合成由封塔转入正常生产的过程中，氨压缩机投入系统。投入系统前，氨压缩机-直打内循环，设定转速为9 100 r/min，投入系统前 8 h的运行状况见表 2。在氨合成-床触媒温度升至 300℃时，氨压缩机根据需要投入系统，投入系统后 8 h的运行状况见表 3。

表2 氨压缩机投入系统前8 h的运行参数表 3 氨压缩机投入系统后8 h的运行参数从表 2可以看出，在氨压缩机投入系统前，-切运行正常，压缩机的驱动端径向瓦温在 70 oC72℃，波动幅度非常校从表 3可以看出，在氨压缩机投入系统后的开始-段时间内，压缩机的驱动端径向瓦温在 8l℃ ～85℃，相比投入系统前波动幅度增大。随着时间的推移，压缩机驱动端径向瓦温的波动幅度越来越大。在氨压缩机投人系统后 72 h后的运行状况见表4。在此次投入系统后，与同等负荷下氨压缩机的运行状况相比，在润滑油压、润滑油温无明显变化的情况下，压缩机的驱动端径向瓦温的变化异常明显。同等负荷下氨压缩机正常运行时的参数见表5。

表 4 氨压缩机投入系统72 h后的运行参数表 5 同等负荷下氨压缩机正常运行时的参数在该径向温度点出现明显波动后，我们进行了重点跟踪，发现其波动有非常明显的特点：1)波动有明显的周期性，但波动曲线非抛物线 ，可分为蓄势、飞涨、峰值、暴跌 4个阶段。2)4个阶段时间长短不-，以末期的波动周期(约 3 h)为例，蓄势阶段约160 min，飞涨阶段约15 min，峰值不停留，暴跌阶段约2 min。在每个波动周期中，蓄势阶段为温度缓慢上涨的时期，飞涨阶段为温度快速上涨的时期，并很快达到峰值，暴跌阶段时温度急剧下降。单个波动周期的趋势图见图 1。

图 1 氨压缩机驱动端径向瓦温波动周期趋势图· 40· 山 西 化 工 2013年 6月通过跟踪，我们还发现，温度波动的变化随运行周期的延长而呈逐渐恶化的趋势。表现为：1)波动周期逐步缩短，从最初的约24 h缩短为后期的2 h～3 h，而且时间缩短显著的是蓄势阶段，另外 3个阶段的时长缩短不多；2)波动幅度越来越大，从最初的约4 o发展到最后的约5O℃；3)波动的最高值越来越大，末期达到了131℃。

4 原因分析4.1 仪表故障在发现压缩机驱动端径向轴瓦温度异常后，根据温度的变化趋势及仪表工的检查，首先排除了仪表故障这-可能的原因。

4.2 转子涡动压缩机正常运行的情况下，转子只做以轴中心线为中心的转动。在工况稳定的情况下，其轴瓦温度、振动值的趋势都接近直线状态。根据对该径向轴瓦温度波动趋势的观察，我们判定压缩机转子出现了以自身质量中心点为中心的涡动，在温度波动的峰值点出现驱动端轴振动值突然波动的现象，这也佐证了转子的这-涡动的存在。

转子与轴瓦之间存在油膜，厚度 0.14 1Tim～0.18 mm，油膜的存在保证了转子的润滑，并及时带走转子转动所产生的摩擦热与被压缩介质所传递过来的热量。转子正常运转时，油膜的厚度是均匀、基本保持恒定的。但在转子发生涡动时，就会影响油膜的稳定性，导致油膜振荡，即油膜厚度发生周期性的波动。在油膜厚度变小时，润滑、冷却效果就会变差，从而导致径向轴瓦温度的升高 。

可能导致转子发生涡动的原因较多，转子摩擦、油膜涡动、进气或排气端压力的剧烈波动(气流激振)、与之相连的其他转子的涡动等 J。我们通过查看氨压缩机投入系统时的岗位操作记录，以及油温、油压、进气口压力、补气口压力、排气口压力、中间冷却器的进气与排气 口压力、汽轮机的振值等各相关参数的变化趋势，最后判定，当氨合成塔-床塔温升至350 oC时，氨压缩机才投入系统，这时氨合成装置中的2台氨蒸发器的压力分别达到了0.5 MPa和0.6 MPa，远高于氨压缩机的进气 口、补气 口压力。此外，操作工在打开进气与补气口阀门时的速度比较快，对压缩机的转子造成非常大的冲击 ，最终导致转子发生了涡动。

5 结束语分析径向轴瓦温度周期性波动这-现象，发现了导致这种现象的直接原因，即转子以自身质量中心点为中心的涡动。通过进-步的分析，找到了导致这种涡动的原因。

当压缩机运行时，由于不断地有汽轮机、润滑油系统等外部动能的输人，转子的这种涡动很难在运行过程中消失，只能通过提高润滑油温度、降低转速等措施减缓涡动趋势的恶化，但很难彻底根除。只有当转子彻底静止下来，即压缩机停车时，这种涡动才会消失。