反應氣壓縮機止推軸承溫度高原因分析及處理

張 祥

（聯泓新材料科技股份有限公司，山東滕州 277500）

反應氣壓縮機是某公司甲醇制烯烴（MTO）裝置的心臟設備，為離心式四段兩缸布置壓縮機，由背壓式汽輪機驅動。通過四段壓縮后，反應氣壓力得到提高，可滿足烯烴分離單元對物料的壓力要求。壓縮機產品技術參數見表1。

表1 反應氣壓縮機產品技術參數

軸瓦溫度是壓縮機機組運行控制的重要指標之一，軸瓦溫度過高會導致機組聯鎖停車，影響裝置平穩運行。文中針對MTO 單元反應氣壓縮機高壓缸出現的止推軸承溫度異常升高進行原因分析排查。

1 止推軸承溫度異常情況簡介

MTO 單元裝置反應氣壓縮機軸系監測布置見圖1。2022-03 中上旬對MTO 單元裝置反應氣壓縮機進行檢修，完成了易損件更換、潤滑油的更換、高壓缸副推力瓦的更換以及油箱的清理，2022-03-17 機組重新開機，開機后高壓缸止推軸承的溫度監測數據見圖2。

圖1 MTO 單元裝置反應氣壓縮機軸系監測布置圖

圖2 高壓缸止推軸承T12615A 和T12616A 溫度監測趨勢

從圖2所示的溫度監測數據走勢可以看到，2022-01-11 前高壓缸止推軸承測點TI2615A 的溫度一直緩慢上漲，2022-04-11 監測到的溫度值為90.9 ℃，此后其漲幅開始加快，2022-04-16軸承溫度值已經漲至105.9 ℃（平均每天上漲3 ℃），而另一測點的溫度（TI2616A）一直維持在71 ～75 ℃。此過程中機組潤滑油壓力及溫度正常，軸振動及位移均正常且無大幅波動。

2 止推軸承溫度異常原因分析及排查

2.1 結構及工作原理

反應氣壓縮機組止推軸承為具有層疊式自動平衡推力結構的金斯伯雷式（Kingsbury）止推軸承（圖3），由若干個止推塊（一般為6～12 個）組成，止推塊的下方墊有上水準塊、下水準塊和基環，相當于3 層零件疊放在基環上，止推塊與水準塊之間通過球面支點接觸［1］。

圖3 止推軸承實物及結構示圖

止推軸承工作原理是，上、下搭接的水準塊在受力不均的止推塊通過偏轉將載荷傳遞給軸承（此時軸承進入不平衡狀態）時自動調節每個止推塊上的載荷，使每個止推塊上的載荷相同（軸承重新建立平衡），實現在轉軸有較大撓度及支點轉角情況下各瓦塊位置能隨之平衡而產生均勻穩定的承載油膜目標。

2.2 止推軸承溫度異常升高原因排查

引起壓縮機止推軸承溫度異常升高的原因眾多，只有逐個對潛在原因進行分析排查，才能更好制定相應的處理措施。經相關專家和各專業技術討論分析，可能造成止推軸承溫度異常升高的原因有5 點，排查過程如下。

2.2.1 測點溫度的真實性

該機組軸瓦采用熱電阻（PT100）測溫，熱電阻測溫是基于導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數的，電路和電阻的狀態會影響溫度測量值的準確性。儀表人員現場檢查絕緣、中間接線等均正常，更換熱電阻備用芯后DCS 顯示測量溫度未發生變化，可知TI2615A 測點溫度是真實的，據此排除了測定熱電阻測溫不準確導致的止推軸承溫度異常升高情況。

2.2.2 軸承潤滑油供油量不足

潤滑油供油量不足［2］會導致撤熱能力不夠，從而引起軸承溫度升高。機組開車后潤滑油總管油壓（245 kPa）及該支路油壓（30 kPa）均在設計要求的范圍內。為了增大進油量，設備專業人員在現場實施了逐步增大止推軸承支路進油壓力（30 kPa →35 kPa→…65 kPa）措施，但每次調整后軸瓦溫度只是暫時有所降低，很快又開始持續上漲，效果不佳，據此排除了軸承潤滑油供油量不足導致的止推軸承溫度異常升高情況。

2.2.3 軸承潤滑油回油不暢

潤滑油回油不暢會對止推軸承撤熱過程產生不利影響，撤熱速度小于軸承產熱速度時會引起軸承溫度升高。潤滑油站油箱壓力為微正壓，存在輸送油管路回油不暢的可能?，F場實施了加大油霧風機排量措施，以使潤滑油回油加速，結果油箱真空度隨之逐漸降低，但是止推軸承溫度仍然持續上漲，據此排除了軸承潤滑油回油不暢導致的止推軸承溫度異常升高情況。

2.2.4 壓縮機轉子軸向力過大

壓縮機轉子軸向力過大［3］可能會造成推力瓦塊磨損或瓦塊球面調心功能卡澀［4］，導致油膜不穩定或瓦塊磨損［5］，軸瓦溫度異常升高。針對這種可能的情況，進行機組負荷調整，從而調整其調心功能，以改善瓦塊受力狀態。

首先進行止推軸承軸向力分析。離心式壓縮機止推軸承軸向力（即轉子所承受軸向力）通常由2 部分組成，即葉輪產生的氣動軸向推力及平衡盤的平衡軸向力（齒式聯軸器機組除外）。結合單級葉輪軸向力分布情況（圖4）進行壓縮機轉子軸向力分析計算。離心壓縮機葉輪的氣動軸向推力Fr一般由5 部分組成［6］，分別為葉輪壓蓋外部泄漏氣體對葉輪的軸向推力f1、葉輪入口氣體對其的軸向推力f2、葉輪入口氣體流動方向改變引起動量變化所產生的軸向力f3、葉輪輪盤外側間隙內泄漏氣體靜壓對葉輪的軸向推力f4及下一級葉輪進口壓力對輪盤產生的軸向力f5。單級葉輪所承受的氣動軸向力Fr1= f4+f5-( f1+f2+f3)，故整個離心壓縮機轉子所受氣動軸向力Fr=Fr1+Fr2+…+Frn。

圖4 單級葉輪軸向力分布示圖

結合平衡盤受力情況（圖5）進行平衡盤的平衡軸方向受力分析計算。離心壓縮機平衡盤所受平衡軸向力Fb為平衡盤高壓側壓力Fh與低壓側壓力Fl的差值，即Fb=Fh-Fl。離心壓縮機止推軸承所受總軸向力Ftot為葉輪產生的氣動軸向力與平衡盤的平衡軸向力的差值，即Ftot=Fr-Fb。

圖5 平衡盤受力示圖

從上述的止推軸承受軸向力分析計算式可知，軸向力主要受機組負荷影響?，F場通過多次調整MTO 單元裝置機組負荷措施，以使止推軸承瓦塊在不同工況下運行，從而改變其調心功能及油膜狀態［7］，但軸瓦溫度仍持續升高，據此排除了壓縮機轉子軸向力過大導致的止推軸承溫度異常升高情況。

2.2.5 潤滑油品質降低

反應氣壓縮機組檢修時更換了相同品牌、牌號的潤滑油（多寶T 46#）并徹底清理了油箱，機組運行后對機組油站潤滑油進行取樣，依據相關標準方法［8-12］分析樣品的常規理化5 項指標（閃點、運動黏度、酸值、水分、機械雜質），測定值為閃點228 ℃、40 ℃運動黏度45.72 mm2/s、酸值0.005 mg/g 以（ KOH 計）、水分0.003%（質量分數）、機械雜質0.004%（質量分數），全部符合相關標準要求，說明新更換的潤滑油品質是可靠的，止推軸承溫度異常升高情況另有原因。

咨詢專家并查閱相關資料［13-14］后，初步懷疑為潤滑油漆膜問題。檢修時潤滑油系統管道未置換清洗，存在機組運行后管壁殘留氧化變質的潤滑油［8］進入油箱的可能，潤滑油受污染后產生漆膜改變了軸瓦間隙，破壞了軸瓦表面油膜。

漆膜又稱為積碳、結焦、油垢，產生在潤滑油或液壓油系統中，是一種降解產物、污染物，顏色呈淺棕色、棕色至棕褐色［14］，其形成機理見圖6。

圖6 潤滑油受污染后漆膜形成機理

漆膜一般是添加劑在氧化、高溫、外來污染等條件下產生可溶的、有極性的、軟性，并溶于潤滑油中的污染物。當其在潤滑油中達到飽和時就會析出，沉淀在金屬表面，形成漆膜［15］。高溫、水、空氣和金屬催化劑等是加速潤滑油氧化變質形成漆膜的主要原因。

漆膜具有極性，極易粘附在金屬表面，不僅會增加軸承摩擦，還會嚴重影響軸瓦表面散熱［16］，使軸瓦溫度上升，溫度的升高又進一步加快了潤滑油的氧化，形成惡性循環，嚴重時會造成機組的聯鎖停機，影響機組的安全穩定運行［17］。

機組開車后不久便出現的止推軸承溫度異常升高現象及其前期溫度緩慢上升，后期溫度升高速度加快特征符合漆膜形成機理，因此判斷，漆膜是造成本次反應產物壓縮機止推軸承軸瓦溫度異常升高的根本原因。

針對上述分析結論，在機組潤滑油系統投用了（平衡電荷凈化法）除漆膜濾油機［14］，此措施實施后軸瓦溫度上漲開始減緩，但初期效果不明顯，幾天后軸瓦溫度才開始快速下降，止推軸承溫度恢復正常，證明原因排查結果是正確的，采取的針對性措施是有效的。

3 經驗總結及預防措施

3.1 經驗總結

壓縮機機組止推軸承溫度出現異常，而且升溫過程具有前期溫度緩慢上升，后期溫度上升速度加快特征時，可能伴隨著潤滑油降解和漆膜的形成過程（圖7）。潤滑油品質變化與止推軸承溫度變化是交互發展的，早期的初產物對軸瓦溫度影響不明顯，只在止推軸瓦表面緩慢累積。隨著軸瓦溫度的升高，漆膜初產物碳化結焦，形成終極漆膜，吸附在止推軸瓦表面，增加軸承摩擦，影響軸瓦表面散熱，故軸承溫度上升速度加快。因終極漆膜難以清除，故投用除漆膜濾油機前期效果不明顯，經過一段時間處理后才見到顯著效果。

圖7 潤滑油降解和漆膜形成過程

3.2 預防措施

MTO 反應氣壓縮機組潤滑油被污染產生漆膜，而且確定是機組潤滑油系統管線吸附殘留的氧化變質潤滑油對油箱造成的污染時，可以采取多種措施消除隱患，預防的問題再次發生。措施主要包括6 條，①機組更換潤滑油時，須清洗或置換干凈整個潤滑油系統中吸附殘留的變質潤滑油。②定期分析潤滑油的各項指標，發現異常及時制訂針對性措施，確保機組處于良好的潤滑狀態。③保證潤滑油箱氮封投用，防止氧氣進入造成潤滑油氧化變質［18］。④每年定期開展漆膜傾向指數［19］分析，掌握潤滑油品質狀態，同時可引進先進的油液在線監測技術，為提高設備潤滑管理提供技術支持。⑤實時掌握潤滑油行業技術的發展與進步，擇機更換合適的長壽命潤滑油［20］，確保機組長周期安全穩定運行。⑥掌握先進的除漆膜技術和設備，定期清理機組潤滑油中的漆膜。

4 結束語

離心式壓縮機檢維修時，通常把關注點放在主機部分，潤滑油系統如油路管線、高位油箱等位置的清理經常被忽視，從而造成新潤滑油的污染。離心式壓縮機唯一沒有聯鎖功能的就是潤滑油品質及其變化的監控，潤滑油是機械設備的血液，所以強化潤滑管理，定期開展潤滑油漆膜傾向指數分析，監控其品質，是保障壓縮機長周期安全穩定運行的重要一環，相關方面應予以必要的注意。