空气增压机止推轴瓦温度偏高的原因分析及改造措施

Cause Analysis and Improvement Measures of High Temperature of Thrust Bearing Bush of Air Booster

朱彭杰 Pengjie ZHU , 佘卫卫 Weiwei SHE , 张维清 Weiqing ZHANG

陕西延长石油兴化化工有限公司陕西兴平 713100 Shaanxi Yanchang Petroleum Xinghua Chemical Co., Ltd., Xingping, Shaanxi 713100, China

摘要：

针对RBZ45-2+2+3型空气增压机止推轴瓦在运行过程中出现温度偏高的问题，分析了空气增压机平衡盘受力情况后，在平衡管出口增设了切断阀、截止阀，并调整了操作方式。改造措施实施后，达到了轴向推力减小、轴瓦温度降低的目的，消除了空气增压机运行中的安全隐患。

关键词：

空气增压机; 止推轴瓦; 轴瓦温度; 平衡盘; 平衡管;

Abstract：

Due to the problem of high temperature of thrust bearing bush of RBZ45-2+2+3 air booster during operation, after analyzing the stress of balance disc of air booster, cut-off valve and stop valve are added at the outlet of balance pipe, the operation mode is also adjusted. After the implementation of the transformation measures, the purpose of reducing axial thrust and bearing bush temperature is achieved, and the potential safety hazards in the operation of air booster are eliminated.

Keyword：

air booster; thrust bearing bush; bearing bush temperature; balance disc; balance tube;

1 空气增压机结构及受力分析

陕西延长石油兴化化工有限公司空分车间有2套RBZ45-2+2+3型空气增压机，其外壳为圆筒形结构，转子为七级叶轮，分为三段。前两级叶轮为一段，空气经一段压缩、冷却器冷却后，提供压力为1.2 MPa、流量为4 000~8 000 m³/h(标态)的仪表空气；三、四级叶轮为二段，空气经二段压缩、冷却器冷却后，提供压力为2.7 MPa、流量为61 000 m³/h(标态)的膨胀空气；五、六、七级叶轮为三段，空气经三段压缩、冷却器冷却后，提供压力为7.2 MPa、流量为59 000 m³/h(标态)的高压空气。空气增压机设有级间密封、平衡盘密封、轴端密封和轮盖密封等，均采用迷宫密封结构。空气增压机径向轴承采用可倾瓦，止推轴承采用金斯贝雷轴承。空气增压机在开机和运行过程中出现止推轴瓦温度逐渐升高的现象，给空气增压机的运行带来安全隐患。

空气增压机轴向力受力分析见图 1。由于每个叶轮两侧的气体作用力不同，使叶轮具有一个指向叶轮进口的轴向力(F₁)，在空气增压机中采用平衡盘(F₂)、平衡管和止推轴承(F₃)方式来平衡该轴向力(F₁=F₂+F₃)。若F₁过大，止推轴瓦的合金磨损过快、过度磨损或突遇事故熔化，转子就会产生较大的轴位移，甚至与定子相碰，造成恶性事故。

图 1

空气增压机轴向力受力分析

2 北套空气增压机止推轴瓦温度升高原因分析及处理

2.1 改造前空气增压机止推轴瓦温度

北套空气增压机于2011年9月20日一次开车成功，正止推轴瓦温度(TI-845)为80 ℃左右(报警值为110 ℃，联锁停车值为120 ℃)。2012年9月18日TI-845从82 ℃开始缓慢上升，10月9日达到110 ℃，10月29日升至116 ℃。2012年9月15日至2012年10月30日(统计时间为每天08：00，下同)空气增压机的运行参数见表 1。

表 1

改造前北套空气增压机的运行参数

日期	TI-845/℃	TI-847/℃	轴位移/mm		PI-832/MPa
日期	TI-845/℃	TI-847/℃	ZI-845	ZI-846	PI-832/MPa
2012-09-15	81	52	0.28	0.28	7.0
2012-09-22	88	53	0.29	0.28	7.1
2012-09-28	94	52	0.29	0.29	7.1
2012-10-08	109	53	0.31	0.30	7.1
2012-10-15	111	54	0.30	0.30	7.0
2012-10-20	113	54	0.31	0.31	6.8
2012-10-25	112	54	0.32	0.31	6.5
2012-10-30	116	55	0.33	0.32	6.4

2.2 原因分析

(1) 测温热电阻元件和线路松动。2012年10月8日联系仪表人员检查热电阻和线路，均正常。因轴瓦预埋双支热电阻元件，2012年10月15日联系仪表人员在线更换热电阻元件，测量数据和显示结果相符，可排除仪表原因。

(2) 润滑油温度高，油质不符合要求。经化验，润滑油质量合格，油温符合工艺要求(＜45 ℃)。

(3) 润滑油油压低，油量小(空气增压机止推轴承要求润滑油油压为0.07~0.09 MPa)。2012年10月9日润滑油油压为0.09 MPa，更换现场压力表，显示正确；将润滑油油压调整至0.11 MPa，润滑油温度从110 ℃降至103 ℃。2012年10月11日，润滑油油温又升至109 ℃，当日将润滑油油压提至0.14 MPa，润滑油温度无明显变化。因此，可以排除该润滑油油压原因。

(4) 轴承瓦块损坏或止推轴承组装不当。空气增压机从2011年8月5日试车运行以来，TI-845一直正常，其间未曾打开空气增压机轴承箱，且TI-845是缓慢匀速上升，轴位移也没有大的变化，因此可以排除此因素。

(5) 空气增压机排气压力过高(设计排气压力为7.2 MPa)。现场比对5块压力表，显示值基本一致，运行期间三段出口压力(PI-832)一直未超过7.1 MPa，满足设计要求。

(6) 轴向推力增大。平衡盘采用迷宫密封，经过一段时间的运行，密封漏气量增大，密封效果达不到要求，平衡盘两侧压差减小，造成平衡盘轴向力F₂减小，引起轴向推力增大。

(7) 与运行正常的南套增压机比较，结果发现南套平衡管高压侧法兰存在泄漏现象，其他运行参数基本一致，对外泄漏量大时平衡盘轴向力F₂增大，能够满足当前工艺要求。

2.3 改造方案

查阅参考资料并咨询厂家后，提出两种改造方案，见表 2。

表 2

两种改造方案

项目	方案一	方案二
改造方法	更换平衡盘密封	平衡管改造
细则	把现有的平衡盘迷宫密封更换为蜂窝密封	给平衡管加截止阀和放空阀
优点	泄漏量小，无气体损失	施工简单，时间短
缺点	工期长	有少量气体泄漏
改造耗时	3~4个月	24 h内

经分析比较，在保证全厂大生产的前提下，采用方案二进行平衡管改造。具体改造方案：空气增压机设置2根平衡管，在平衡管出口增加2只DN80、PN25的切断阀(截止阀)，在平衡管高压侧增加2只DN80、PN25的放空阀(截止阀)，通过关闭切断阀、适当打开放空阀，来降低平衡盘低压侧压力，使平衡盘两侧压差增大，增强平衡效果，从而减小轴向推力F₁与F₂的差值，达到降低TI-845的目的。增压机平衡管改造示意见图 2。

图 2

空气增压机平衡管改造示意

2.4 改造效果

2012年10月31日03：00开启北套空气增加机，2只放空阀开3圈，2只切断阀全关。通过控制放空阀开度调整放空量，使TI-845一直保持在90 ℃左右。2012年10月31日到2013年7月1日空气增压机的运行参数见表 3，其间未发生TI-845升高的现象，改造效果明显。

表 3

改造后北套空气增压机的运行参数

日期	TI-845/℃	TI-847/℃	轴位移/mm		PI-832/MPa
日期	TI-845/℃	TI-847/℃	ZI-845	ZI-846	PI-832/MPa
2012-10-31	89	55	0.27	0.26	6.4
2012-11-07	91	55	0.28	0.27	6.9
2012-12-20	94	56	0.28	0.28	7.2
2013-01-05	92	56	0.28	0.28	6.9
2013-02-05	87	54	0.27	0.26	6.8
2013-03-03	69	54	0.19	0.19	3.7
2013-04-05	91	55	0.27	0.27	7.1
2013-05-05	84	55	0.26	0.25	6.7
2013-06-05	78	56	0.24	0.24	6.5
2013-07-01	78	57	0.24	0.23	6.3

3 南套空气增压机止推轴瓦温度升高原因分析及处理

3.1 开车阶段

(1) 2018年4月14日系统双停检修，南套空气增压机4月30日试开车，给空气增压机导气后，出现TI-845持续上升(最高达到116 ℃)和轴位移持续增大的情况，连续试开车3次均未成功。

(2) 参照北套空气增压机TI-845升高原因逐条分析，结果发现检修期间将南套平衡管高压侧法兰泄漏处理后，对外漏气量减少，导致F₂减小。

(3) 空气增压机导气后，直接把三段压力同时提起来，增加平衡管气量和平衡盘两侧压差。

(4) 2018年5月1日10：00开始试开车，给空气增压机导气后，TI-845逐渐上升至114 ℃；将三段压力提高至4.0 MPa，TI-845开始下降；当三段压力提升至6.0 MPa(一般操作压力)时，TI-845降至84 ℃，满足开车条件。正常生产中，TI-845一直维持在80 ℃左右。

3.2 运行阶段

(1) 2018年5月机组开车运行正常，增压机TI-845在80 ℃左右；至2020年11月23日，TI-845从88 ℃开始缓慢上升，12月7日达到111 ℃，12月14日升至117 ℃。2020年11月23日到12月14日空气增压机的运行参数见表 4。

表 4

改造前南套空气增压机的运行参数

日期	TI-845/℃	TI-847/℃	轴位移/mm		PI-832/MPa
日期	TI-845/℃	TI-847/℃	ZI-845	ZI-846	PI-832/MPa
2020-11-23	88	54	0.42	0.41	5.97
2020-11-30	94	54	0.45	0.44	6.05
2020-12-07	111	55	0.52	0.51	5.80
2020-12-11	116	55	0.54	0.53	5.96
2020-12-14	117	54	0.56	0.55	6.60

(2) 参照北套空气增压机TI-845升高原因逐条分析，确定为平衡盘密封磨损，密封效果达不到要求，密封漏气量增大，使平衡盘两侧压差减小，平衡盘轴向力F₂减小，引起轴向推力增大。

(3) 采用与北套空气增压机相同的改造方案进行改造。

(4) 2020年12月17日20：00开启南套空气增压机，2只放空阀开3圈，2只切断阀全关，通过控制放空阀开度调整放空量。2020年12月17日至2021年3月10日空气增压机的运行参数见表 5，其间未发生TI-845升高的情况，改造效果明显。

表 5

改造后南套空气增压机的运行参数

日期	TI-845/℃	TI-847/℃	轴位移/mm		PI-832/MPa
日期	TI-845/℃	TI-847/℃	ZI-845	ZI-846	PI-832/MPa
2020-12-18	58	54	0.28	0.23	6.30
2020-12-23	57	54	0.28	0.30	6.16
2020-12-28	58	54	0.28	0.30	6.20
2021-01-14	57	53	0.28	0.29	6.15
2021-01-22	57	54	0.28	0.29	6.39
2021-02-10	57	54	0.27	0.28	6.04
2021-03-10	57	55	0.28	0.28	6.25

4 结语

改造结果表明，在不更改平衡盘设计的情况下，通过改造平衡管，可以实现手动调节平衡盘两侧压差，使平衡盘更有效地平衡转子的轴向推力，达到降低止推轴瓦温度的目的。此改造方案虽然会造成空气增压机气量的少量浪费，但可在较短的时间内恢复生产，效果明显。