黄金展位

新氢压缩机轴瓦烧损的原因分析及对策

hengline
潘强1 蒋媛2 马春1 生胡建忠1

(1.中国石油克拉玛依石化公司,新疆克拉玛依 834000;2.中国石油乌鲁木齐石化公司,新疆乌鲁木齐 831400)

  1 引言

  良好的润滑是保证大型机组安全平稳运行的重要基础,克拉玛依石化公司某柴油加氢改质装置设置2台新氢压缩机组(K-3101A/B),是装置生产运行的核心设备,运行条件是一开一备,其作用是保证系统氢气压力,参与加氢反应,该机组为国产化设备,采用三列平衡式对称布置三级往复压缩设计[1]。该机组运行过程中,由于供油管安装质量问题导致第二主轴瓦供油管引出螺纹接口脱开,造成压缩机第二主轴瓦供油中断烧毁,同时第二主轴瓦烧毁后,其附近的第一主轴瓦和电机靠联轴器端支撑轴瓦承受载荷增大,进一步造成第一主轴瓦超温、电机支撑瓦下部巴士合金层碾压磨损的次生事故,本文对以上一系列问题进行了原因分析,在此基础上,总结出压缩机主轴瓦烧毁时的表征现象和判断标准,制定出相应的对策措施来有效防止类似问题发生后事故扩大化,为今后同类装置处理类似问题提供借鉴和参照。

  2 机组概况

  新氢压缩机组(K-3101A/B)采用三列对置不平衡固定式水冷机组设计,设计参数如下:三列三级压缩,吸气压力:一级1.98MPa、二级3.94MPa、三级7.42MPa;排气压力:一级4.06MPa、二级7.65MPa、三级13.20MPa;设计排气量:34000Nm3/h;电机功率:3150kW。

  3 故障过程

  2014年7月23日,新氢压缩机K-3101/B在运行过程中,辅油泵突然启动,润滑油总管油压由正常的0.338MPa上升至0.406MPa,润滑油站过滤器压差小幅上升,由0.03MPa升至0.05MPa后稳定,同时曲轴的第二主轴瓦温度201-TI4127B、第一主轴瓦温度201-TI4128B、电机联轴器端轴瓦温度201-TI4116B均开始缓慢升高,15min后曲轴的第二主轴瓦温度201-TI4127B突然急剧升高,由67.8℃上涨至热电偶能测量的满量程206.2℃(超过该量程的温度无法检测),压缩机电机联轴器端轴瓦温度201-TI4116B由正常时的66℃上涨至94℃,曲轴第一主轴瓦温度201-TI4128B也由正常时的61℃上涨至80℃,各轴瓦温升变化趋势如图1所示,此时润滑油过滤器压差再次开始急剧上升,最终差压达0.1MPa,如图2所示。机组紧急切换停机后,发现辅油泵运行时油压只有0.265MPa,正常时该油压一般在0.40MPa左右。拆检过程:打开曲轴箱检查发现曲轴第二主轴瓦供油管引出螺纹接口脱开,如图3所示,第二主轴瓦磨损,箱体内有大量被磨下的金属碎屑颗粒悬浮在润滑油中,如图4所示。轴瓦拆检发现,自联轴器端数第二主轴瓦由于油路中断烧毁,轴瓦内衬的镁铝合金层已经被完全融化磨损,轴瓦内表面可见有大量银白色的镁铝合金金属碎屑附着,见图5所示,由此推测该轴瓦的实际温度至少在500℃以上。主电机联轴器端支撑轴瓦检查其内表面有磨损,下瓦有少量巴氏合金堆积碾出,如图6所示。曲轴箱内润滑油变质,悬浮金属颗粒物明显增多,打开油站过滤器发现滤芯堵塞,有大量从轴瓦上磨下的镁铝合金碎屑附着于滤芯上。附近联轴器端第一主轴支撑瓦检查正常,烧损轴瓦附近三级缸检查对应连杆大、小头瓦正常[2]。检修过程:对第二主轴支撑瓦进行了更换,对主电机联轴器前端支撑瓦进行了维修刮研可继续使用;对曲轴箱内各油路连接管路、接头进行了检查紧固,对曲轴箱油及油路系统部件进行了更换清理。





  4 原因分析

  机组润滑流程简介:该机组采用压力润滑,设计润滑油站一座,主、辅油泵各一台,机组正常运行时依靠轴头主油泵供油给机组各摩擦副提供压力润滑,主要润滑部位包括曲轴箱内主轴瓦5副、连杆大小头瓦合计6处、十字头上下滑道合计6处,机组油压监测仪表设置在曲轴箱内供油压力总管末端引出口。设置有压力远传仪表1处(监测油压低于0.25MPa时报警并启动辅助油泵)、压力开关3只(油压低于0.2MPa时“三取二”低油压联锁停机)。

  4.1主轴瓦烧毁原因分析

  第二主轴烧毁原因:机组安装控制质量存在问题。供油管路安装不良,造成机组运行过程第二主轴支撑瓦供油管引出螺纹接口脱开,供油中断是造成采用压力润滑的第二主轴瓦烧毁的直接原因。第一主轴瓦温度上升和电机前端轴瓦磨损原因:由于电机转轴与曲轴采用刚性联轴器连接,当第二主轴瓦烧损后造成曲轴及电机支撑轴瓦受力分布变化,靠近联轴器部位电机支撑轴瓦和第一主轴瓦受力均增大,于是电机支撑瓦下部合金层碾压磨损,轴瓦温度由正常时的66℃上涨至94℃,第一主轴瓦温度也由正常时的61℃上涨至80℃。

  4.2过滤器压差增大的原因分析

  由于第二主轴瓦供油管引出螺纹接口脱开后油压被突然泄放润滑油总管油压降低,而润滑油过滤器压差大致等于过滤器前的轴头泵出口压力减去经过过滤器后的润滑油总管油压,此时润滑油总管油压降低,轴头泵出口压力未变,所以润滑油过滤器压差瞬间会有所增大,也就是故障初期的过滤器压差由0.03MPa升至0.05MPa,随着时间的推移,第二主轴瓦表面内衬的镁铝合金层被完全融化磨损后,金属碎屑进入润滑油系统,将过滤器滤芯堵塞,过滤器压差进一步增大,最终达0.1MPa以上。

  5 防范应对措施

  (1)新氢压缩机组联锁停机项目中,增加主轴瓦温度5处及电机支撑轴瓦温度2处高高联锁停机项目,避免人为判断停机等可操作性差的问题,防止事故扩大化;

  (2)对机组曲轴箱内各油路连接管路、接头进行检查紧固,对整个油路流程进行冲洗置换,更换过滤器滤芯和曲轴箱、电机轴承箱内润滑油;

  (3)针对机组联锁变更后带来的机组误停机风险增大的问题,加强新氢中断应急演练,防止机组联锁停机后风险扩大。

  6 结论

  本文通过对以上问题的分析,总结出压缩机主轴瓦烧毁时的表征现象和判断标准如下:

  (1)润滑油总管油压瞬间下降,辅油泵自启;(2)润滑油过滤器压差增大,随着时间的推移,有可能会进一步再增大;(3)主轴瓦温度短时间内急剧上升,同时其附近的几个轴瓦温度也会随之缓慢上升,如果机组运行过程中同时出现以上3种表象,应做紧急停机处理,防止事故扩大化。
来源:《压缩机技术》2015年6期