张凤娟 张卫星(河南能源化工集团中原大化, 河南 濮阳 457000)
合成气压缩机推力瓦温高原因分析及处理
张凤娟 张卫星(河南能源化工集团中原大化, 河南 濮阳 457000)
本文就中原大化生产甲醇装置合成气压缩机运行过程中推力瓦温高的原因进行分析,经过对设备进行检查以及检修,并采取了相应的措施,较好地解决了压缩机推力瓦温高的问题。
合成气压缩机;推力轴承;推力瓦温度
合成气压缩机组是生产甲醇的一个核心设备,其推力轴承为巴氏合金浇注。推力轴承的主要作用是承受转子在运行过程中的轴向推力,根据机组的轴向力,选择推力轴承的形式并计算其承载的面积,保证轴承正常工作。推力轴承的瓦块温度是其运行状态的一个重要参数,在机组运行过程中瓦块温度过高将影响推力瓦块的承载能力,加快磨损,甚至导致瓦块失效,从而影响机组的正常运行。
造成推力轴承温度高甚至烧瓦等问题,最直接的原因就是推力轴承承受的轴向力超出了推力轴承允许的范围,这个过程有可能是突发性的,也有可能是循序渐进的 。
(1)轴向力分为以下几个部分:①叶轮力Fy。②平衡力Fp。③外力Fw,叶轮力产生的机理是复杂的,一般认为叶轮力的产生因素包括叶轮前后的压差、流体泄漏带来的径向流动、叶轮位置的对中程度、流体在进出口的速度及角度等,分别用压差力径流、不对中力和动反力来表达。
(2)平衡力Fp的产生 平衡盘于末级叶轮后,平衡盘前的压力与末级叶轮出口压力相当,平衡盘后与压缩机入口相通 ,由于平衡盘前后压强和受力面积的不同所形成的力即为平衡力Fp。
(3)外力Fw产生 当联轴器为柔性联轴器(膜片或膜盘)时,外力的产生是由于压缩机组运行之后,由于内介质被压缩做功产生热量,使得设备本身的温度也同步升高,压缩机及其连接设备的转子由于温度升高而产生径向、轴向涨热,使得转子挤压或拉伸联轴器,联轴器膜片或膜盘发生变形,而产生的作用在压缩机和其连接在设备上的拉力或推力。当联轴器为柔。刚性联轴器时,外力的产生可能是由于其连接在设备轴向力通过刚性联轴器传递到压缩机上。
膜片变形所产生的附加力与膜片变形量之间的关系,变形量与力是一个近似线性的关系所以减小膜片变形量是降低附加力的有效手段。
(4)轴承力Ft的产生 推力轴承所承受的力即为,轴向力它是由平衡盘平衡掉部分叶轮力所产生的残余轴向力与外力的合力,轴承力的大小和方向都取决于该合力。残余轴向力Fx即离心压缩机转子有平衡盘平衡掉部分轴向力,余下的轴向力称为残余轴向力Fth
Fth=Fy- Fp
转子作用于推力轴承的总轴向力为 Ft= Fth-Fw
综上所述,推力轴承温度高是由于推力轴承所受轴承力Ft超过轴承自身所能承受的负载造成的。要改变推力轴承温度高的状况,可以从以下几个方面入手:一是尽量使外力减小,或是外力与轴承力方向相反;二是增加平衡盘平衡力,减小周承受力;三是增强推力轴承的受力能力。
(1)合成气压缩机自原始开车以来主推力瓦温一直偏高,高负荷下一度达到120℃以上,造成跳车。 2012年5月份停车后,维修人员把推力瓦块拿出来后。发现推力瓦表面的巴氏合金磨损严重,更换了新的瓦块。并且把推力瓦块巴氏合金的油入口处的截面坡度加大,以增加进油量,回装开车后,效果还是不好。
(2)平衡盘低压侧到一段入口平衡管加旁路。在原来的基础上加了一根和原来相同管径的平衡管,并加大平衡腔室的容积。处理后,推力瓦温还是没有明显的改观。
(3)把推力瓦表面的巴氏合金油入口的坡度刮成月亮形,以增加进油量,同时把推力盘上边的阻油环出油口的直径由13mm扩大到20mm,直接增大了进油量与出油量。再开车后。当转速达到8000r/min,系统压力升高到7MPa左右时。瓦温还是达到了94℃以上。由于扩大了回油口,止推轴承的上油压力降了0. 02MPa(从0转速到8000r/min),回油不畅充满油管.再降就接近止推轴承最低上油压力0.03MPa,所以不能再增大进油量。
(4)2015年11月主推力瓦温TI07002高到110 ℃以上,停车检修。本次检修发现合成气机组压缩机转子,平衡盘密封中间漏气孔与压缩机连接管不通,平衡盘密封中间漏气与压缩机二段入口相连通管线 缸与外缸都有正常开孔,但隔板未打孔,气流无法顺畅接通造成内缸被吹了一个窟窿;从检修前后推力瓦温变化分析,平衡盘密封中间排气孔在和压缩机二段入口未接通时,平衡盘密封中间排气孔处压力较高(从内缸被吹了一个漩涡可看到压力还是很高的)。本来设计大量循环气通过前几级迷宫密封减压后和二段入口气体接通,使平衡盘迷宫密封中间压力与压缩机二段入口压力相一致,因堵塞,平衡盘高压侧漏气只能全部进入低压侧,因低压侧排气孔偏小使漏气无法全部进入压缩机一段入口,低压侧腔室压高于设计压力,致使平衡盘两端压差小,平衡压缩机转子轴向推力的能力较弱,使主推力瓦承受力过多的轴向推力,所以主推力瓦温高。
自2015年11月份检修机组,疏通了平衡盘密封中间排气孔后,减少了轴向推力,降低推力瓦温。该措举意义非常之大,一举消除了困扰该机组推力瓦温高的多年问题,主推力瓦温高到110 ℃以上,检修后主推力瓦温降到88℃,同负荷下机组运行使主推力瓦温下降约20℃以上,保证了机组长周期高负荷运行。自2015年11月份检修机组,疏通了平衡盘密封中间排气孔后,减少了轴向推力,降低推力瓦温。
①张凤娟(1988- ),女,助理工程师、2011年毕业于河南科技大学,现工作于河南能源化工集团中原大化公司,空分厂压缩操作工。②张卫星(1988- ),男,助理工程师,河南能源化工集团中原大化公司空分厂从事空分操作。