往复式氮压机止推轴承磨损原因分析及处理措施

（海洋石油富岛有限公司，海南东方 572600）

1 设备简介

KDON-3000/6000型制氧氮系统，主要为年产30万t合成氨52万t尿素与45万t合成氨80万t尿素2套大化肥装置以及年产60万t与80万t两套甲醇提供日常氮气和氧气消耗。从2016年5月投产以来，该装置具有能耗低、经济性好、工作温度低、产品纯度高等特点。氮气压缩机是其相当重要的三大核心设备之一，由中国开封空分集团有限公司制造，其结构为ZW-54/16型往复式活塞压缩机，运行条件两开一备，电机驱动，曲轴径向轴承采用薄壁瓦结构、止推轴承使用两半式铜环轴承，具体参数如表1所示。

2 氮压机故障停车

2019年10月29日14:56，进行氮压机开车操作，按照压缩机操作规程。

（1） 循环水上水，检查各个接头、法兰是否泄漏；

（2） 开润滑油辅助油泵，检查油压是否正常；

（3） 盘车，无卡涩现象；

（4） 机组入口管线引进氮气；

（5） 电机复位；

（6） 启动氮压机。14:58，发现驱动侧呼吸阀冒浓浓的黑烟，能闻到烧焦味，通知主控，迅速启动备用机组，立即停运03C1002C。

查阅氮压机静止轴承温度监控历史趋势（TIAS31654C） 如图1所示，发现驱动端轴承温度自氮压机启动后快速上涨，最高达到72℃，设计正常值为50℃。这说明轴承附近存在磨损升温的现象。

3 原因分析

3.1 压缩机曲轴与连杆安装不合格，水平或垂直度误差过大

2019年10月22日至10月28日对氮压机进行计划性检修，检修内容如下：

（1） 更换填料函填料（二、三级）；

（2） 更换活塞环（二、三级）；

（3） 检查并调整活塞环轴向间隙（二、三级）；

（4） 检查并调整活塞环径向间隙（二、三级）；

（5） 检查活塞杆径向跳动量（小于0.05mm)；

（6） 检查活塞上、下止点间隙，视情况调整；

表1 压缩机主要性能参数

图1 氮压机静止轴承温度趋势图

图2 主油泵压力趋势

（7） 检查进、排气气阀，视情况更换；

（8） 电机检修。检修项目内容未涉及曲轴与连杆安装，故排除这方面的原因。

3.2 润滑不良

压缩机润滑不良的原因主要有以下几方面：

（1） 主油泵损坏，导致供油压下降；

（2） 入口滤网堵塞；

（3） 润滑油路堵塞；

（4） 油位低；

（5） 润滑油受污染，失去润滑和冷却效果。

主油泵启动，辅助油泵停运，瞬间油压会超过0.45 MPa，然后慢慢呈下滑趋势，最后稳定在0.2～0.3 MPa之间。查阅主油泵压力趋势如图3所示，在止推轴承烧瓦期间，油压基本在0.45 MPa以上。检查油滤芯，拆卸出来的滤芯外表干净崭新；新滤芯与旧滤芯同一批检验入库，检测目数，与设计目数一样（200目）；启动润滑油辅助油泵，各轴承座处、大头瓦、十字头滑道等均有润滑油流出，各油管路通畅，所有进、排油管均无泄漏；曲轴箱内油位略高于规定高度，因此确认非润滑不良的原因。

为检查油系统的清洁度，在油过滤器前插入200目滤网进行油循环清洗，约2 h后，打开过滤网检查：干净，无细小固体颗粒。检查从油过滤器底部排放管排出的润滑油，润滑油黄亮、透明，用手摸，无杂质。从曲轴箱底部排放管排出润滑油同样黄亮、透明；用手摸，无杂质，因此排除油系统脏的原因。

3.3 电机转子磁力中心与压缩机对中不良。

联轴器由飞轮和半联轴器组成，用来联接压缩机曲轴与电动机轴。飞轮和半联轴器均由灰铸铁制成，两部分由螺栓联接。为了保证压缩机曲轴和电动机轴同心，螺栓孔采用铰制孔。螺杆部分直径与其孔之间的基本尺寸一样，是过渡配合，前端螺纹起连接作用，后端没有螺纹处起定位作用。

把专用的夹具装在作基准的（常是装在主机转轴上的） 半联轴器上，采用一点法测量联轴器的径向间隙和轴向间隙，偏差值不大于0.05 mm。

3.4 止推轴承间隙

用塞尺测止轴承间隙时发现偏斜，西侧无间隙，东侧间隙为0.12 mm。拆开驱动端止推轴承，发现轴瓦有“烧”成了黑色的痕迹，如图4所示，看轴瓦的轴向止推面磨损是均磨，排除磁力中心线偏斜，有可能是压缩机曲轴窜量大了顶着电机轴窜动。用手摸表面，有毛刺；拆卸驱动侧油封，未发现损伤；

通过上述分析，可以得出引起氮压机止推轴承磨损原因主要是：电机转子窜动的位移超出氮压机曲轴窜动的位置区间，当氮压机启动时，电机转子把压缩机曲轴推到西侧，西侧止推轴承因没有间隙，承受过大轴向力，从而造成烧瓦。

4 处理措施

4.1 修复止推轴承

由于氮压机启动时间短（约3 min），测量止推轴承厚度，与另一侧没有磨损轴承相比减少0.01 mm，因此使用细砂纸清理毛刺和烧黑痕迹，对止推轴承表面进行修复。同时把止推轴承放在高精度平板上，利用百分表检查其平面度，使整个平面度在0.01 mm范围之内。

4.2 现场测量

使用打表法测量氮压机曲轴的止推窜量为0.56 mm，根据设备厂家提供的轴承间隙数据表可以查出止推轴承间隙设计值为0.4～0.6 mm，符合设计要求。

电机转子推力轴承为滚动轴承，采用背靠背安装方式，打表法测量电机转子的止推窜量为0.43 mm。压缩机与电机轴为刚性联轴器连接，无间隙；

4.3 现场处理

4.3.1 考虑电机轴膨胀量

往复压缩机的曲轴一般不会有轴向力，电机轴热膨胀会导致轴向力增大，超过止推轴承承受能力，造成止推轴承的烧瓦。对于轴窜动的问题还得考虑电机轴工作一段时间后产生温升本身热膨胀的问题。

轴类膨胀量的计算公式：材质为16Mn，查得膨胀系数为1×10-5；基础埋于地下受环境影响较小且存在明显的滞后。为便于计算可忽略混凝土在一天之内的热膨胀。

表2

式中 ΔL——轴的膨胀量

L——轴承座之间的轴长度

t——工况温度，℃

to——设备安装时的环境温度，℃

把表2测量的数据带入公式（1）

通过计算，电机轴膨胀量为0.32 mm。

4.3.2 处理方法

为了避免压缩机运行时，止推轴承一侧没有间隙，承受轴向力过大而造成烧瓦，调整电机轴的间隙在氮压机曲轴窜动位置的中心，也就是电机转子运行到2个极端的位置时，压缩机曲轴2个止推轴承还仍有间隙。

结合电机、电机转子及压缩机曲轴等重量，具体步骤如下：

（1） 采用一点测量法对中找正，联轴器的径向间隙和轴向间隙的偏差不超过0.05 mm。

（2） 调整联轴器中间垫（3张垫片，共0.75 mm） 和电机底座使电机轴窜动位置处于压缩机曲轴窜动位置之间。把电机轴推向东侧远端，测量曲轴止推轴承东侧间隙0.07 mm；把电机轴推向西侧远端，测量曲轴止推轴承西侧间隙0.06 mm。

（3） 电机轴处于压缩机曲轴窜动位置之间，有0.49 mm 的自由膨胀间隙，远大于轴膨胀量为0.32 mm，可以在环境温度变化较大时，最大限度的避免止推环的磨损、超温。

经上述调整后，氮压机已经稳定运行近3个月时间，各项运行参数指标均正常。驱动侧轴承温度（烧瓦轴承） 约50.5℃，达到设计值。

图4 氮压机止推轴承烧瓦

5 结语

在检修过程中，应当精细化地把控每个环节，消除各种隐患；平时做好日常维护保养，保证设备处于一个良好的环境状态。此次很成功的处理止推轴承烧瓦现象，但设备运行仍存在一些问题需要今后改进：

（1） 氮压机一级出口管线振动大；

（2） 氮气经二级换热器后出口温度高；

（3） 曲轴箱侧盖板渗油现象。