中化泉州石化专家：离心式压缩机非驱动端轴瓦温度指示失灵原因分析与处理

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摘 要：国内某石化公司330万t/a渣油加氢装置采用BCL405/A型循环氢压缩机。该压缩机为垂直剖分离心式压缩机。在装置正常运行过程中,该压缩机经常出现非驱动端推力轴瓦温度指示失灵现象。文章从机械制造和轴瓦温度引线设计两个方面对轴瓦温度指示失灵的原因进行了分析,并针对导致指示失灵的原因提出了改进设备引线方式、调整轴瓦安装间隙、提高推力轴承的润滑油压力等措施,彻底解决了上述问题。这些措施可为今后同类压缩机日常检修以及运行维护提供参考。

关键词：离心式压缩机 推力轴瓦 温度指示 失灵

1 离心式压缩机的工艺流程与作用

1.1 离心式压缩机工艺流程简介

渣油加氢装置由反应部分(包含新氢压缩机、循环氢压缩机、循环氢脱硫系统)、分馏部分、低分气脱硫部分及公用工程部分组成。其中,循环氢压缩机为离心式压缩机,其工艺流程(见图1)为:自冷低分罐来的循环氢经过循环氢脱硫塔(C-101)后进入循环氢压缩机入口分液罐(V-107);从V-107 罐顶部出来的循环氢分成两路,一路去氢提纯部分(ME-301),另一路进入循环氢压缩机(K-101)进行升压,升压后的循环氢又分为两部分,一部分与来自新氢压缩机(K-301A/B/C)的新氢混合后循环回反应部分,另一部分则作为急冷氢用于控制反应器各床层入口温度。

图1 循环氢压缩机工艺流程示意

1.2 循环氢压缩机的作用

渣油加氢装置在反应器内部发生的裂化反应为强放热反应,此时反应器各床层的温度与反应速度呈正相关关系,即温度越高反应速度越快。裂化反应产生的热量如果不能及时被带出,会造成反应器温度失控,即我们常说的反应器“飞温”现象,将严重威胁设备安全和渣油加氢装置的安全生产。循环氢压缩机出、入口不断流动的循环氢可带走反应部分产生的热量,只要能够保证循环氢带走的热量大于反应部分产生的热量,即可维持裂化反应的平稳进行。

因此,循环氢在加氢装置裂化反应中的作用至关重要。此外,循环氢在装置运行过程中还有以下重要作用:

1) 维持反应系统中的氢分压,带走裂化反应产生的热量以及控制反应床层温度;维持正常的氢油比;重复利用氢气,降低能耗,维持系统硫化氢的含量,从而保证裂化反应的顺利进行,同时提供事故状态下的急冷氢。如果循环氢中没有大量的氢气,反应系统中的氢分压就会降低,新补充的氢气在反应系统中发生化学反应的速度又很快,会很快被消耗掉,引起反应系统氢分压的进一步降低,进而造成反应器催化剂床层结焦。

2) 改善催化剂床层反应物的分布状况。高沸点的渣油原料在渣油加氢反应器内处于液相状态,呈滴流状流过催化剂床层,要想使富氢气体和油的两相反应混合物呈均匀分布状态通过反应器内的催化剂是非常困难的。保持一定量的循环氢流量,可以防止液体沟流,使反应器进料能够均匀分布在催化剂床层,抑制热点的形成,提高催化剂的性能。通过改善催化剂床层反应物流的分布状况,可以减小催化剂床层的径向温差,有助于均匀利用催化剂的活性。

3) 可以防止反应系统裂化反应过度裂解,减小产品裂解变为低值产品的概率,提高装置的效益。

上述循环氢是依靠循环氢压缩机来保证其在系统中的循环的,因此循环氢压缩机在渣油加氢装置中是最关键的动力设备。在正常生产中,如果循环氢压缩机不能稳定运行或发生故障停机,则会导致以上循环氢的重要作用均发挥不出来,给装置的安全生产带来重大隐患。

2 故障现象

某石化公司330万t/a渣油加氢装置循环氢压缩机为BCL405/A型垂直剖分离心式压缩机,其非驱动端轴瓦温度测点共计6个,分别是TISA-17001、TISA-17002、TISA-17003、TISA-17004、TISA-17005、TISA-17006。轴瓦温度热电阻平面布置如图2所示。

图2 轴瓦温度热电阻平面布置

该压缩机组在正常运行过程中,循环氢压缩机非驱动端轴瓦温度热电阻TISA-17002最先出现指示失灵故障(如图3所示),随后其他几个温度点也相继出现超温报警故障。现场开盖检查发现,轴瓦温度热电阻TISA-17002的电缆已断线,其他电缆线有的磨损,有的完好,瓦面严重积碳并附有漆膜,同时还伴随有漏油现象。

图3 TISA-17002在DCS上指示失灵

3 故障原因分析

该压缩机止推轴承采用金斯伯雷型止推轴承【1】。止推轴承的作用是承受压缩机没有完全抵消的残余的轴向推力,包括膜片联轴器产生的轴向推力。根据需要,止推轴承装在支撑轴承外侧的轴承箱内。该压缩机非驱动端径向轴瓦采用单销可倾瓦结构,轴径为φ120 mm,由6块弧形瓦块组成;瓦块布置采用载荷对着瓦块支点的方式,可以绕一支点在圆周方向摆动,通过改变与轴颈表面形成的楔角来适应不同的工况。每一块止推块上均安装一个热电阻,用于监测机组运行过程中瓦块的温度。该压缩机非驱动端使用的热电阻为Pt100型,其阻值随着温度上升近似匀速地增长,阻值与温度之间的关系接近于一条抛物线【2】。

针对该压缩机轴瓦的上述结构特点,对导致轴瓦温度指示失灵的原因分析如下。

3.1 电缆晃动磨损断裂

该压缩机上使用的热电阻在石油化工行业中应用非常广泛且稳定可靠。而机组开盖检修时发现,TISA-17002的电缆已经断线,其他有偶发波动的温度电缆也有不同程度的磨损。分析认为,造成上述问题的原因主要是安装轴瓦的轴承压盖的出线口和挡油环表面粗糙、锐角锋利,而热电阻的电缆非铠装,机组在开机启动过程中轴瓦瓦块会转向摆动,同时润滑油流动时的冲击也会造成电缆晃动,而热电阻电缆并无固定卡具,因此极易出现热电阻电缆磨断等异常现象,具体情况如图4 所示。

图4 热电阻电缆断线

3.2 电缆无固定设施

在安装热电阻时,电缆极易发生松脱,同时,安装支座仅能自上而下转动,而且位置已固定,无法调节;主、副推力瓦的安装顺序是由上而下的,使得热电阻的电缆需绕轴半圈,而电缆过长又没有固定的卡具(如图5所示),在安装时,如果过度调整挡油环的位置就会压到电缆,造成热电阻电缆破皮。此外,在快速旋转时,止推瓦也会接触到热电阻电缆。轴瓦的棱角是尖锐且锋利的,如果接触到电缆,很容易对其造成损伤。

图5 热电阻电缆过长且没有固定的卡具

3.3 润滑油运行过程中形成漆膜后导致轴瓦积碳

在压缩机长时间的运转过程中,由于其自身被持续氧化,导致性能退化。氧化物发生聚合反应,逐步生成可溶的、有极性的污染物。这些污染物溶解在润滑油中,当其含量在一定的温度、压力下达到一种饱和状态时,就会在机组的所有部位沉淀,特别是会在轴承和齿轮等金属表面形成漆膜。漆膜的形成又会加速润滑油的氧化。

另外,润滑油的微小燃烧也会引起漆膜的生成。这是因为润滑油会使一定数量的气体溶化,一旦达到溶化限度,气体就会以悬浮物的形式进入润滑油中,润滑油从低压区向高压区流动,气泡被迅速压缩爆炸,产生的热量将润滑油加热至 1 000 ℃,并在高温下分解生成漆膜。漆膜在轴承上的持续积累,使轴承瓦面无法得到良好的润滑,导致轴承瓦面升温。当漆膜在轴承瓦面的厚度达到一定的程度后,将使轴承瓦面与轴颈处于干燥状态。在干燥的一刹那,油漆会被磨损成小块,轴的温度会在一刹那间升高,然后又降低,但整体来说,就像是水波一样。这也是轴承的温度反复上升和下降的原因。

3.4 支撑瓦轴承间隙小

从故障现象来看,提高油压能够使轴瓦温度下降。提高油压最重要且最直观的效果是提高了进油量,而当压力不变时,轴承间隙的大小是决定进油量的关键。过低的进油速率将造成在摩擦副内的润滑液流速过低,无法带走更多的摩擦热量,这将造成轴承的温度升高,进而导致轴承瓦更易积碳。

从拆检的情况来看,支撑瓦上瓦有与轴摩擦的痕迹,这一点也可以说明,在机组运行过程中,由于某些原因,造成了转子扬起,从而导致轴承间隙变小。拆卸检查发现,下瓦片上有碳块。判断认为,出现该现象系因残碳在支撑上累积,致使转子抬举,使得瓦间隙减小,引起瓦升温,进而造成了润滑油的焦化和剥落。

3.5 止推轴瓦油楔较小

如果止推轴瓦油楔较小,则会造成在压缩机转子高速旋转时,由轴颈推动流入到轴瓦中的润滑油量减少,导致润滑油对轴承的润滑和冷却作用变差,进而使得转子和轴承旋转所形成的热不能被及时带出,导致轴承表面出现碳化倾向。

3.6 工艺气体影响

在压缩机进行润滑时,流体动力支撑的轴颈和支座之间由一层油薄膜隔开。摩擦副两侧的润滑属于液体润滑,又叫完美润滑。在压缩机高速运转过程中,难免会接触到工艺气体,这些工艺气体使压缩机中的润滑油容易发生氧化和老化,从而给压缩机的润滑带来不利的影响。温度是导致油脂氧化的最重要原因,油脂的温度每提高10 ℃,油脂的氧化速率就会提高一倍。此外,温度也是造成润滑油积碳的一个主要原因。随着温度的提高,润滑油的积碳速度也会加快,通常在60 ℃左右,润滑油的积碳现象就会慢慢出现,并且随着温度的提高,碳化速率也会提高1～2倍。

3.7 润滑油回流不顺畅

如果润滑油回流不顺畅,则不易挥发的高粘性润滑油将滞留在止推轴承与衬套之间,使止推轴承的止推间隙变小。轴承止推间隙的减小将导致衬套的磨损和衬套载荷的增大,进而导致衬套的温度不断上升。

4 解决对策

根据上述分析结论,提出以下解决对策:

1) 改进设备引线方式。更换新的铜箍并在铜箍上钻孔,再用规格为M5的自攻螺丝将电缆固定在铜箍上,如图6所示。

图6 改进设备引线方式

2) 改善润滑油品质。通过更换抗氧化能力强的润滑油和油滤芯,使润滑油的品质达到合格或优质级别。

3) 扩大轴承座进、回油通道。润滑油从轴承座与外壳之间流入,经过基环背面铣出的油槽并通过基环与轴颈之间的空隙进入止推盘与止推块之间。当止推盘转动起来时,由于离心力的作用,油被甩出,由轴承座的上方排油口排出【3】。扩大进、回油通道后,可提高润滑油的注入量,有效缓解积碳的形成。

4) 调整瓦块与轴颈间隙。通过涂色法检查瓦块内表面与轴颈的接触面积是否大于85%,接触点分布是否均匀。同时应保证瓦块进油弧线圆滑,适于润滑油进入油楔形成油膜【4】。整组瓦装入轴承座内后,复检转子中心位置和各瓦块着色接触情况,结果显示转子中心位置准确、瓦块着色接触正常即达到要求。

5) 提高推力轴承的润滑油压力,由原来的 0.08 MPa提高到0.12 MPa;提高推力轴承的润滑油进油量,增大轴承的整体散热能力。此外,这种轴承一般情况下均安装有油控制环,其作用是当轴在高速旋转时减少润滑油紊乱的搅动,使轴承损失功率减少【5】。

6) 通过在轴瓦温度连接件上设计加装阻油部件、密封连接件和均衡压紧装置,解决了补偿导线本身的渗漏以及连接件的漏油问题(见图7)。

图7 轴瓦温度连接件增加防漏油部件

2021年停工检修时,采用上述措施对该压缩机进行了改进,重新投入运行后,至今未再出现文中所述的轴瓦温度指示失灵现象,保证了机组的平稳运行。

5 结语

离心式压缩机推力瓦温度指示失灵的情况普遍存在,导致出现该情况的原因也较为清晰,主要有以下两个方面:

1) 机械制造方面。因轴瓦温度热电阻的安装方式不合理以及润滑油控制环电缆出线槽处无顺滑倒角,加剧了轴瓦温度电缆线的磨损【6】。

2) 设计方面。未充分考虑因非驱动端推力瓦块摆动和润滑油流动作用导致的轴瓦温度热电阻电缆线的摆动,在布置轴瓦温度电缆线时未根据润滑油流速和润滑油控制环的结构进行模拟分析。

本文通过对离心式压缩机非驱动端轴瓦温度热电阻断线故障的原因进行分析并提出相应的解决措施,彻底解决了上述问题,保证了机组的平稳运行。该案例的成功说明,本文提出的方法切实可行,可为同类压缩机日常检修以及运行维护提供参考。

王海岗， 汪博， 彭礼成， 方远

【作者机构】 中化泉州石化有限公司

为了提升石化行业本质安全，保障石化企业“安稳长满优”运行，解决设备运行与检维修“卡脖子”技术热点、痛点、难点问题，提高石化企业设备管理完整可靠性，设备智能化运维、预知性维修和检维修水平，引领我国石化智慧运维与检维修行业发展新质生产力，在中国石油、中国石化、中国海油、中国中化、国家管网、国家能源、延长及地方石油、天然气、LNG、管道、炼油、石化、煤化工、化工、精细化工、新材料企业设备管理部门的大力支持下，中国化工学会拟于2026年6月10-12日在陕西西安举办“2026年（第七届）石油化工设备智慧运维与检维修技术大会暨展览会”（IOMT CHEM 2026）。

大会将紧紧围绕“加快构建现代化石化产业智慧运维体系·AI驱动预测性维护实现新跨越”主题，推广应用新技术、新方法、新成果和新产品，共商当前设备管理与检维修中管理和技术方面堵点、难点、痛点的解决对策，防风险、除隐患，通过提升石油化工领域设备的安全运维水平，确保装置长周期安全稳定运行，助力行业可持续发展。遏制生产安全事故，为我国石化设备运维管理水平迈向国际化提供借鉴。特此通知，诚挚欢迎积极参加。

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大会主题

加快构建现代化石化产业智慧运维体系·AI驱动预测性维护实现新跨越

大会组织机构

主办单位

中国化工学会

特邀协办

中国化工学会化工安全专业委员会

中国化工学会化工机械专业委员会

中国化工学会智能制造专业委员会

中石研石化设备安全运维专家服务（中心）专业委员会

中机维协石油石化建安检维修分会

会议重点研讨内容

1.国内外石油化工装置大型机组检维修发展现状与展望；

2.老旧装置超设计使用年限服役承压设备管理对策与思考；

3.石油化工装置机泵在线监测系统、预知性维护技术；

4.石化化工企业转动设备维护检修及节能改造升级技术；

5.特种机泵：螺杆机、真空压缩机、屏蔽泵等检修运维技术；

6.石油化工设备润滑要求、机组润滑系统运行及管理；

7.石油化工装置法兰密封结构安装与维修技术；

8.炼油化工装置烟气轮机长周期运行管理；

9.石油化工装置耐高温防腐防护和防火技术；

10.液压工具、法兰扭矩及法兰连接完整性管理；

11.风机、离心泵、各类压缩机等大型机组优化增效节能改造；

12.石油化工电气、仪表设备全寿命周期管理；

13.现场仪表、控制阀、泄压阀、安全阀、阻火器、爆破片、过程分析仪表、DCS、FCS等检修运维技术；

14.石油化工装置隐患治理、泄漏治理，大型在役老旧装置的升级改造；

15.石化罐区系统安全与VOCs一体化风险管控技术；

16.数字赋能设备全生命周期管理及智能巡检机器人应用、运维数字化转型、无人化升级方案，智能检修升降设备、火情侦测与消防机器人、无人机等新型技术的应用；

17.可燃、有毒等挥发性气体、挥发性有机物的泄露监测、气体探测传感器的应用；

18.露天设施的雷电预警技术、防雷接地技术、静电接地技术应用；

19.储罐隐患治理与改造提升之检验标准应用（储罐区技术改造、新型浮盘、原油储罐安全预警、安全阀、紧急泄压阀设计选型、雷电预警装置、内浮顶选型、消防安全、罐顶腐蚀、爬壁机器人、油罐浮盘密封等）；

20.炼油化工装置大型机组核心部件修复再制造；

21.石油天然气输配管网完整性管理与抢检修技术；

22.液化天然气（LNG）储运运营管理与设备维护技术；

23.煤化工设备运行安全与检维修技术；

24.油气田地面工程数字化安全与设备检维修技术；

25.泵设备助力石化化工领域节能新工艺的技术探讨；

26.设备智慧运维与检维修新设备、新技术、新材料在石油化工领域的应用。

会议日程安排

6月11日：开幕式及全体大会，特邀院士、领导、专家主旨演讲；

6月12日：全天分论坛。

分论坛一：石化企业转动设备智慧运维与检维修技术论坛；

分论坛二：石化设备润滑与装置节能降碳改造论坛；

分论坛三：石化企业腐蚀防护与管道罐区安全技术论坛；

分论坛四：石化设备健康体系建设与自愈调控修复论坛。

会议拟邀请代表

中国石化、中国石油、中国海油、国能集团、中化集团、国家管网、陕西延长、民营炼化企业及煤化工、罐区、码头、化工、氯碱、纯碱、磷肥、轮胎、精细化工生产企业设备部门管理与技术人员及工程建设公司、石化设备制造企业、检维修服务企业管理与技术人员和相关技术研究机构、大专院校等单位的科研与技术人员参加会议。

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