反应气压缩机止推轴承温度高原因分析及处理

张 祥

（联泓新材料科技股份有限公司，山东滕州 277500）

反应气压缩机是某公司甲醇制烯烃（MTO）装置的心脏设备，为离心式四段两缸布置压缩机，由背压式汽轮机驱动。通过四段压缩后，反应气压力得到提高，可满足烯烃分离单元对物料的压力要求。压缩机产品技术参数见表1。

表1 反应气压缩机产品技术参数

轴瓦温度是压缩机机组运行控制的重要指标之一，轴瓦温度过高会导致机组联锁停车，影响装置平稳运行。文中针对MTO 单元反应气压缩机高压缸出现的止推轴承温度异常升高进行原因分析排查。

1 止推轴承温度异常情况简介

MTO 单元装置反应气压缩机轴系监测布置见图1。2022-03 中上旬对MTO 单元装置反应气压缩机进行检修，完成了易损件更换、润滑油的更换、高压缸副推力瓦的更换以及油箱的清理，2022-03-17 机组重新开机，开机后高压缸止推轴承的温度监测数据见图2。

图1 MTO 单元装置反应气压缩机轴系监测布置图

图2 高压缸止推轴承T12615A 和T12616A 温度监测趋势

从图2所示的温度监测数据走势可以看到，2022-01-11 前高压缸止推轴承测点TI2615A 的温度一直缓慢上涨，2022-04-11 监测到的温度值为90.9 ℃，此后其涨幅开始加快，2022-04-16轴承温度值已经涨至105.9 ℃（平均每天上涨3 ℃），而另一测点的温度（TI2616A）一直维持在71 ～75 ℃。此过程中机组润滑油压力及温度正常，轴振动及位移均正常且无大幅波动。

2 止推轴承温度异常原因分析及排查

2.1 结构及工作原理

反应气压缩机组止推轴承为具有层叠式自动平衡推力结构的金斯伯雷式（Kingsbury）止推轴承（图3），由若干个止推块（一般为6～12 个）组成，止推块的下方垫有上水准块、下水准块和基环，相当于3 层零件叠放在基环上，止推块与水准块之间通过球面支点接触［1］。

图3 止推轴承实物及结构示图

止推轴承工作原理是，上、下搭接的水准块在受力不均的止推块通过偏转将载荷传递给轴承（此时轴承进入不平衡状态）时自动调节每个止推块上的载荷，使每个止推块上的载荷相同（轴承重新建立平衡），实现在转轴有较大挠度及支点转角情况下各瓦块位置能随之平衡而产生均匀稳定的承载油膜目标。

2.2 止推轴承温度异常升高原因排查

引起压缩机止推轴承温度异常升高的原因众多，只有逐个对潜在原因进行分析排查，才能更好制定相应的处理措施。经相关专家和各专业技术讨论分析，可能造成止推轴承温度异常升高的原因有5 点，排查过程如下。

2.2.1 测点温度的真实性

该机组轴瓦采用热电阻（PT100）测温，热电阻测温是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数的，电路和电阻的状态会影响温度测量值的准确性。仪表人员现场检查绝缘、中间接线等均正常，更换热电阻备用芯后DCS 显示测量温度未发生变化，可知TI2615A 测点温度是真实的，据此排除了测定热电阻测温不准确导致的止推轴承温度异常升高情况。

2.2.2 轴承润滑油供油量不足

润滑油供油量不足［2］会导致撤热能力不够，从而引起轴承温度升高。机组开车后润滑油总管油压（245 kPa）及该支路油压（30 kPa）均在设计要求的范围内。为了增大进油量，设备专业人员在现场实施了逐步增大止推轴承支路进油压力（30 kPa →35 kPa→…65 kPa）措施，但每次调整后轴瓦温度只是暂时有所降低，很快又开始持续上涨，效果不佳，据此排除了轴承润滑油供油量不足导致的止推轴承温度异常升高情况。

2.2.3 轴承润滑油回油不畅

润滑油回油不畅会对止推轴承撤热过程产生不利影响，撤热速度小于轴承产热速度时会引起轴承温度升高。润滑油站油箱压力为微正压，存在输送油管路回油不畅的可能。现场实施了加大油雾风机排量措施，以使润滑油回油加速，结果油箱真空度随之逐渐降低，但是止推轴承温度仍然持续上涨，据此排除了轴承润滑油回油不畅导致的止推轴承温度异常升高情况。

2.2.4 压缩机转子轴向力过大

压缩机转子轴向力过大［3］可能会造成推力瓦块磨损或瓦块球面调心功能卡涩［4］，导致油膜不稳定或瓦块磨损［5］，轴瓦温度异常升高。针对这种可能的情况，进行机组负荷调整，从而调整其调心功能，以改善瓦块受力状态。

首先进行止推轴承轴向力分析。离心式压缩机止推轴承轴向力（即转子所承受轴向力）通常由2 部分组成，即叶轮产生的气动轴向推力及平衡盘的平衡轴向力（齿式联轴器机组除外）。结合单级叶轮轴向力分布情况（图4）进行压缩机转子轴向力分析计算。离心压缩机叶轮的气动轴向推力Fr一般由5 部分组成［6］，分别为叶轮压盖外部泄漏气体对叶轮的轴向推力f1、叶轮入口气体对其的轴向推力f2、叶轮入口气体流动方向改变引起动量变化所产生的轴向力f3、叶轮轮盘外侧间隙内泄漏气体静压对叶轮的轴向推力f4及下一级叶轮进口压力对轮盘产生的轴向力f5。单级叶轮所承受的气动轴向力Fr1= f4+f5-( f1+f2+f3)，故整个离心压缩机转子所受气动轴向力Fr=Fr1+Fr2+…+Frn。

图4 单级叶轮轴向力分布示图

结合平衡盘受力情况（图5）进行平衡盘的平衡轴方向受力分析计算。离心压缩机平衡盘所受平衡轴向力Fb为平衡盘高压侧压力Fh与低压侧压力Fl的差值，即Fb=Fh-Fl。离心压缩机止推轴承所受总轴向力Ftot为叶轮产生的气动轴向力与平衡盘的平衡轴向力的差值，即Ftot=Fr-Fb。

图5 平衡盘受力示图

从上述的止推轴承受轴向力分析计算式可知，轴向力主要受机组负荷影响。现场通过多次调整MTO 单元装置机组负荷措施，以使止推轴承瓦块在不同工况下运行，从而改变其调心功能及油膜状态［7］，但轴瓦温度仍持续升高，据此排除了压缩机转子轴向力过大导致的止推轴承温度异常升高情况。

2.2.5 润滑油品质降低

反应气压缩机组检修时更换了相同品牌、牌号的润滑油（多宝T 46#）并彻底清理了油箱，机组运行后对机组油站润滑油进行取样，依据相关标准方法［8-12］分析样品的常规理化5 项指标（闪点、运动黏度、酸值、水分、机械杂质），测定值为闪点228 ℃、40 ℃运动黏度45.72 mm2/s、酸值0.005 mg/g 以（ KOH 计）、水分0.003%（质量分数）、机械杂质0.004%（质量分数），全部符合相关标准要求，说明新更换的润滑油品质是可靠的，止推轴承温度异常升高情况另有原因。

咨询专家并查阅相关资料［13-14］后，初步怀疑为润滑油漆膜问题。检修时润滑油系统管道未置换清洗，存在机组运行后管壁残留氧化变质的润滑油［8］进入油箱的可能，润滑油受污染后产生漆膜改变了轴瓦间隙，破坏了轴瓦表面油膜。

漆膜又称为积碳、结焦、油垢，产生在润滑油或液压油系统中，是一种降解产物、污染物，颜色呈浅棕色、棕色至棕褐色［14］，其形成机理见图6。

图6 润滑油受污染后漆膜形成机理

漆膜一般是添加剂在氧化、高温、外来污染等条件下产生可溶的、有极性的、软性，并溶于润滑油中的污染物。当其在润滑油中达到饱和时就会析出，沉淀在金属表面，形成漆膜［15］。高温、水、空气和金属催化剂等是加速润滑油氧化变质形成漆膜的主要原因。

漆膜具有极性，极易粘附在金属表面，不仅会增加轴承摩擦，还会严重影响轴瓦表面散热［16］，使轴瓦温度上升，温度的升高又进一步加快了润滑油的氧化，形成恶性循环，严重时会造成机组的联锁停机，影响机组的安全稳定运行［17］。

机组开车后不久便出现的止推轴承温度异常升高现象及其前期温度缓慢上升，后期温度升高速度加快特征符合漆膜形成机理，因此判断，漆膜是造成本次反应产物压缩机止推轴承轴瓦温度异常升高的根本原因。

针对上述分析结论，在机组润滑油系统投用了（平衡电荷净化法）除漆膜滤油机［14］，此措施实施后轴瓦温度上涨开始减缓，但初期效果不明显，几天后轴瓦温度才开始快速下降，止推轴承温度恢复正常，证明原因排查结果是正确的，采取的针对性措施是有效的。

3 经验总结及预防措施

3.1 经验总结

压缩机机组止推轴承温度出现异常，而且升温过程具有前期温度缓慢上升，后期温度上升速度加快特征时，可能伴随着润滑油降解和漆膜的形成过程（图7）。润滑油品质变化与止推轴承温度变化是交互发展的，早期的初产物对轴瓦温度影响不明显，只在止推轴瓦表面缓慢累积。随着轴瓦温度的升高，漆膜初产物碳化结焦，形成终极漆膜，吸附在止推轴瓦表面，增加轴承摩擦，影响轴瓦表面散热，故轴承温度上升速度加快。因终极漆膜难以清除，故投用除漆膜滤油机前期效果不明显，经过一段时间处理后才见到显著效果。

图7 润滑油降解和漆膜形成过程

3.2 预防措施

MTO 反应气压缩机组润滑油被污染产生漆膜，而且确定是机组润滑油系统管线吸附残留的氧化变质润滑油对油箱造成的污染时，可以采取多种措施消除隐患，预防的问题再次发生。措施主要包括6 条，①机组更换润滑油时，须清洗或置换干净整个润滑油系统中吸附残留的变质润滑油。②定期分析润滑油的各项指标，发现异常及时制订针对性措施，确保机组处于良好的润滑状态。③保证润滑油箱氮封投用，防止氧气进入造成润滑油氧化变质［18］。④每年定期开展漆膜倾向指数［19］分析，掌握润滑油品质状态，同时可引进先进的油液在线监测技术，为提高设备润滑管理提供技术支持。⑤实时掌握润滑油行业技术的发展与进步，择机更换合适的长寿命润滑油［20］，确保机组长周期安全稳定运行。⑥掌握先进的除漆膜技术和设备，定期清理机组润滑油中的漆膜。

4 结束语

离心式压缩机检维修时，通常把关注点放在主机部分，润滑油系统如油路管线、高位油箱等位置的清理经常被忽视，从而造成新润滑油的污染。离心式压缩机唯一没有联锁功能的就是润滑油品质及其变化的监控，润滑油是机械设备的血液，所以强化润滑管理，定期开展润滑油漆膜倾向指数分析，监控其品质，是保障压缩机长周期安全稳定运行的重要一环，相关方面应予以必要的注意。