蒸汽透平轴承座漏油及油温过高的分析和处理

(中海石油化学股份有限公司，海南 东方 572600)

1 蒸汽透平简介

中海石油化学股份有限公司600 kt甲醇装置锅炉给水泵蒸汽透平PT01501由美国Coppus公司制造，型号为RLHA28。该蒸汽透平为背压式汽轮机，结构简单紧凑(见图1)，叶轮为单级双列冲动式，径向轴承为薄壁瓦型，止推轴承为双列球轴承，油封为整体迷宫式密封环，润滑方式为强制润滑；透平动力源为系统的中压蒸汽。该透平采用“一拖二”的设计，同时驱动2台多级泵，一侧驱动高压锅炉给水泵，另一侧驱动中压锅炉给水泵，属于节能降耗型设备。其主要参数如下：

功率 1 659 kW

额定转速 5 116 r/min

跳闸转速 5 935 r/min

第一临介转速 7 061 r/min

蒸汽进口温度 400 ℃

蒸汽出口温度 215 ℃

润滑油进口压力 1 atm

润滑油出口压力 0.27 MPa

润滑油进口温度 54～60 ℃

润滑油出口温度 80 ℃

图1 蒸汽透平结构简图

2 设备故障现象

装置开车后发现，蒸汽透平PT01501润滑油温度偏高，出口温度达77 ℃。由于设备其他运行参数都符合技术要求，而且出口油温没有超过最高设计值80 ℃，因此继续运行。但继续运行一段时间后，轴承座上盖及周围管道等表面都有油迹，尤其是其1 m范围内的物体上更加明显，轴承座上盖甚至有薄薄的润滑油层，两端轴承座的透平侧有明显发黑的物质，基座下方也有油层，而轴承座下方有黑色堆积物。这些异常现象给设备的运行带来安全隐患，影响装置的正常运行。

3 轴承座漏油的原因分析

结合蒸汽透平PT01501结构分析(轴承座结构及漏点示意见图2)，润滑油泄漏有以下可能：① 油气排放不良；② 供油过量或排放不畅；③ 密封环损坏或老化；④ 油密封间隙过大。

图2 轴承座结构及漏点示意图

结合设备运行状况分析：每个轴承座上有2个油烟气排放烟囱，经检查是畅通的，不存在油烟气排放不良状况；油泵强制供油润滑和冷却，轴承座内设有最高油位回流管，多余的油从回流管流回油箱；密封环为圆环整体型迷宫密封，材质为不锈钢，密封环中没有O形圈及橡胶制品，不存在老化问题，损坏及变形的可能性较小。如果密封损坏，运行过程中应该会出现异常响声或润滑油明显泄漏。密封环为整体圆环形，是套装在轴上的，配件上的密封环在径向有二颗沉头内六角螺钉防松，为间隙配合，则密封环间隙过大引起漏油的可能性很大。透平的轴承润滑为强制润滑，压力润滑油通过油路通道流入薄壁瓦轴承与轴的间隙内，从轴瓦间隙喷出打在两端的迷宫式密封环上，润滑油沿着轴和迷宫密封环的间隙或轴承座和迷宫密封环的间隙窜出来；特别是当油温过高时，会造成润滑油的粘度降低，润滑油更易从间隙处窜出，窜出的油部分被高速旋转的轴或密封环甩至温度很高的透平壳体上，造成透平外缘出现较多黑色粘附物。

轴承座周围的物体为什么也会有油渍粘附呢？我们认为应是油烟气造成的，原因如下。

(1)润滑油泵将55 ℃的润滑油泵入轴承座后，由于轴承座温度过高，润滑油被加热至77 ℃，产生的油气从排气烟囱飘到大气中，与其他物体接触即粘附在上面。

(2)迷宫密封环间隙处渗漏的油，受到转子的旋转离心力作用，飞溅到其他物体上，一部分油被加热产生油气蒸发掉；一部分油飞溅到轴承座下方，被透平壳体的高温烧黑，产生黑色物质。这就同厨房里抽油烟机和墙壁的表面等处经常有油污一样。

4 油温过高的原因分析

设备运行时，对润滑油温度是有要求的，进口油温控制在54～60 ℃为宜。油温过高会加剧油的氧化，甚至碳化；还会降低油的粘度，使油膜厚度减小，甚至使油膜破坏。油温过低，油的粘度过大，造成油膜不稳定，引起振动；而粘度过大使油流动性变差，不能及时带走磨擦热。另外，进油与出油的温差不能过大，如果进油与轴承座腔内油的温差过大，那么温度较低的进油与轴承腔内的高温气发生冷热作用产生水汽，使润滑油乳化。

蒸汽透平PT01501润滑油温度过高可能的原因：① 供油温度过高；② 润滑油不洁净或变质；③ 油量不足或过多；④ 设备超负荷运行，转速或振动过高；⑤ 蒸汽透平的高温缸体对轴承座的热传递。结合设备运行状况进行分析：轴承在工作时高速旋转会产生磨擦，把润滑油加热，润滑油的供油温度过高，出口油温相应提高——根据现场油温计显示，进口温度只有54 ℃，符合设计要求；润滑油的质量差或乳化，都会使润滑效果变差而造成轴承损坏——现场油池的油经分析化验，油质符合要求；轴承座设有润滑油回流管，回流管就是轴承座润滑油出口，润滑油回流管高度就是润滑油的液位，设计润滑油位为轴承座水平中分面以下76 mm——这有待解体测量是否符合设计要求；油量过多造成轴承温度高，通常指的是润滑脂过多，造成腔体内空气不流通阻碍散热，油脂是热的不良导体，流动的油则能带走热量，若流动性特差的油脂太多，就象给轴承穿了件棉衣，造成轴承散热不良而过热——从中央控制室调出相关参数，都在设计范围内，而且是自动控制，超过设计值蒸汽透平就会自动跳车。因此，基本上可以确定是蒸汽透平的高温缸体对轴承座的热传递而造成油温过高。

蒸汽透平的高温缸体将轴承座加热，轴承座再将润滑油加热。热传递有三种形式，对流、辐射、传导。对流是指液体或气体将热量以对流的形式从低处带向高处；热辐射则不需要任何媒介，高温物体的热量依靠红外线向低温物体传递；热传导是热量从物体的高温部分沿着物体传到低温部分。据蒸汽透平的结构分析，第一，轴承座与透平本体处于同一水平位置，没有高度差，两者之间温差不会以对流的形式进行能量传递；第二，轴承座与透平距离16 mm，但透平用保温棉隔热，有效防止透平以热辐射的形式将热量传递给轴承座；第三，轴承下座与透平本体用厚度达25 mm铸钢连接，温度高达220 ℃的透平壳体势必会将热量沿着铸钢连接体传递到轴承座，出现下半轴承座温度最高达145 ℃、上半轴承座温度最高达101 ℃；第四，透平还会通过轴将热量传递给润滑油。

5 漏油及油温过高的解决方案

5.1 漏油的处理

(1)更换新密封环，由供货商提供密封环内径比轴径小的配件，据基轴重新加工修配，使密封环与轴的间隙保证在0.04～0.06 mm之间。

(2)在轴承座盖的迷宫密封槽处增设密封冷却气管线(见图3)。其目的是，通过输送一定压力的气体在迷宫密封槽内，在高速旋转的密封环带动下，形成一道密封气将大气和轴承腔隔离，阻止润滑油和油气从迷宫密封处泄漏，同时冷却轴承座内的润滑油及油气。气体从轴承座密封槽进入，将轴承腔内热量从烟囱带出，从而降低润滑油温度。并在进口增设阀门调节进气量。

在两侧轴承底座迷宫密封槽处加钻2个φ5 mm回油孔，使回油孔增至3个(见图4)，让少量溅到迷宫密封槽内的润滑油，及时地畅通地回流到轴承座内，避免油在密封槽内积累起来，一级一级漫过密封槽而渗漏至轴承座外面。

5.2 油温过高的处理

(1)配循环冷却水管(见图5)。按透平厂家设计，轴承座下半座是有水夹套的，但此型号设备润滑方式为强制润滑，是不需要冷却水冷却的；但如果润滑方式采用甩油环、油雾润滑，就要使用冷却水强制冷却，保持油温在合理范围。现在润滑油温度接近设计最高值，给轴承座水夹套配冷却水管强制冷却就很有必要，并用阀门调节冷却水流量，将润滑油温度控制在合理范围内。

图3 轴承座密封气管配置简图

图4 轴承底座增加回油孔示意图

图5 轴承座配置冷却水管示意图

(2)在轴承座与透平之间装隔热板。很多较大的蒸汽透平都安装了隔热板，原理是在高温物体(透平缸体)与低温物体(轴承座)之间安装薄钢板，可阻止透平缸体的热量直接辐射给轴承座。由于透平已经用保温棉进行隔热，而透平与轴承座间距太小(只有16 mm)，不利于安装隔热板，且轴承座高温主要源于热传导，安装隔热板就没有必要了。

6 检修方案实施情况

按检修方案对透平进行解体检修，在对迷宫密封环检查测量时发现，密封环与轴配合的间隙为0.36 mm，当密封环上的二颗内六角顶丝顶紧，密封环与轴的一侧贴住，另一侧间隙就达到0.36 mm，由此形成漏点(见图6)；润滑油的回油孔与轴承座水平中分面距离为76 mm，符合设计值，润滑油不会高过轴承座下座的迷宫密封槽而渗出。实际检修情况如下。

图6 密封环与轴的配合间隙示意图

(1)将密封环与轴的配合间隙由0.36 mm调整为0.04 mm，保留适当间隙便于检修拆装；润滑油在0.04 mm间隙内形成油膜产生的张力起密封作用，阻止油泄漏。

(2)轴承座上座迷宫密封槽配置密封气管。

(3)轴承座下座迷宫密封槽加钻2个φ5 mm的回油孔。

(4)轴承座下座水夹套配置冷却水管。

检修前，止推侧轴承座出口油温77 ℃、非止推侧轴承座出口油温67 ℃；检修后，两者分别为70 ℃、61 ℃。

7 结 语

锅炉给水泵蒸汽透平进行上述四项技术改造后，运行状况良好，没有出现漏油及油温过高的现象。表明检修前对设备故障原因的分析是正确的，采取的技术改造方案是合理的。本次改造成本低，并结合设备自身的结构特点，解决了设备运行1 a多的漏油及油温过高的异常现象，确保了蒸汽透平的安全稳定运行，从而保障了装置的长周期运行。

参考文献：

[1]任晓善主编.化工机械维修手册(中卷)[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]钱青松编著.设备润滑油技术问答[M].北京：中国石化出版社，2005.