离心式压缩机轴向推力瓦温度异常分析及处理

李裕超，赵承群，刘晓清

(山东明泉新材料科技有限公司， 山东章丘 250200)

山东明泉新材料科技有限公司年产60万t甲醇项目，于2017年7月建成投产，主要有空分、气化、动力、合成等工段。其中，合成工段包括变换、低温甲醇洗、硫回收、压缩、合成及甲醇精馏等装置，压缩装置共有3台离心式压缩机组，分别是用于低温甲醇洗制冷的氨气压缩机、用于粉煤输送的CO2压缩机和用于甲醇合成装置的合成气压缩机。合成气压缩机和CO2压缩机由沈阳鼓风机有限公司生产，氨气压缩机由重庆通用公司生产。合成气压缩机自开车加量以来，一直存在推力瓦温度偏高的问题，影响系统的稳定运行。

1 合成气压缩机基本结构

合成气压缩机型号为3BCL528，由于运行压力相对较高，采用垂直剖分压缩机结构，2个提压段和1个循环段共8级叶轮。每级叶轮分别装有口环、级间疏齿密封，转子两端为干气密封。末级叶轮后端装有平衡盘和平衡盘密封。止推轴承采用双金斯伯雷轴承，用于承载轴向力，以保证机组整体安全平稳运行。

2 合成气压缩机推力瓦温度异常情况分析

合成气压缩机自2017年初安装完毕后，从管道吹扫、油路清洗、汽轮机试运转到压缩机联动试车都比较顺利，一次试开车成功，并且在低压氮气工况运行非常稳定，顺利完成了3 d的系统升温还原工作。到2017年7月底全系统开车加量后，合成气压缩机进出口压力逐步提高至正常生产工况；随着压缩机出口压力的提高，压缩机位移明显增大，压缩机推力瓦温度也明显升高，当系统出口压力达到6.0 MPa后，推力瓦温度升高至95 ℃以上，而压缩机运行转速只能维持在最低运行转速7 500 r/min左右，并且随着运行时间的延长，推力瓦温度总体仍然不断上涨。2018年4月，推力瓦温度已超过报警值(110 ℃)，系统被迫停车，对压缩机推力瓦进行拆检维修，开车后温度仍然在95 ℃以上，并有缓慢上涨趋势。根据查阅压缩机设计说明，压缩机额定转速可达到8 000～9 000 r/min，压缩机出口压力可达到7.5 MPa，推力瓦温度应该控制在90 ℃以下。针对此问题，立即联系工艺、设备、生产、仪表等部门组成课题攻关小组，讨论分析原因并制定改造措施。

压缩机开车运行参数与设计参数对比见表1。

表1 压缩机开车运行参数与设计参数对比

压缩机主推瓦温度高，轴向位移大是轴向力过大的表现，而轴向力过大的原因可能有：

(1) 止推轴承尺寸设计过小不能有效承载转子轴向力。根据止推轴承图纸和机组的运行参数，对止推轴承进行了核算，经核算该轴承允许的最大轴向载荷为3 100 kg。但实际运行中轴承温度偏高，说明该轴承所受轴向力远远高于其所允许的最大载荷。

(2) 平衡盘设计不合理，不能有效平衡转子轴向力。

(3) 平衡管堵塞导致平衡盘平衡的轴向力减小。

(4) 油系统对轴承产生影响。

经查看现场运行参数确认，该压缩机振动值均在要求范围内，润滑油供油压力满足设计要求，回油量充足，排除油管路泄漏和堵塞的情况，同时也排除润滑油油质劣化问题，现场实际进油温度远低于要求的进油温度，综合分析可以排除油系统对轴承温度的影响。压缩机平衡管共4根，借停车机会对其中1根进行拆检也未发现问题，因此也可以排除平衡管堵塞问题。最终确定该压缩机存在转子轴向力失衡，轴向载荷超出止推轴承的承受能力，所以导致该压缩机的主止推瓦温度一直居高不下。

3 压缩机检修改造方案

通过与设备制造厂家技术人员进行讨论沟通，最终确定改造方案如下：

(1) 改造口环密封，减少气体内泄漏，增加压缩机稳定性[1-2]。

(2) 更换平衡盘；按照已经确定的设计尺寸加大平衡盘，增加其对轴向力的平衡能力，降低作用在止推轴承上的载荷[3]。

(3) 改造平衡盘密封，采用先进的防旋绕式平衡盘密封。

(4) 按新改造的平衡盘气封改造循环段出口蜗壳。由于平衡盘外圆尺寸加大，现有空间不足以安装新的平衡盘气封，所以需要在设计允许范围内加大蜗壳内孔，以便安装平衡盘气封。

4 压缩机检修改造计划实施

4.1 压缩机本体改造步骤

压缩机本体返回设备制造厂，首先对各部位间隙进行详细检查记录，其次对转子进行检查修复，对平衡盘进行更换，根据新更换的平衡盘对循环段出口蜗壳进行改造，更换新的平衡盘密封及轴端密封，最后根据拆装数据对机组进行回装。整个改造周期约10 d。

4.2 压缩机停车检修计划的实施

针对此次压缩机返厂改造方案，制定了系统全停检修方案，以压缩机返厂检修为主线确定整个停车检修时间及开停车计划。压缩机检修小组细化各项检修步骤，倒排工期进度，将检修时间压缩到最短16 d，并在各环节安排专人掌控检修进度。系统停车后，压缩机检修工作24 h不间断，从系统停车处理置换，到压缩机拆机吊装运输，以最短时间将主机运至设备制造厂，压缩机改造完成后又迅速运回，设备重新就位找正，安装完成后进行工艺置换处理，试车完成具备开车条件。通过全体人员共同努力，整个检修项目提前1 d完成，为系统提前开车争取了时间。

5 压缩机检修改造后效果

压缩机改造前后运行参数见表2。

表2 压缩机改造前后运行参数

由表2可以看出：系统开车后，合成气压缩机逐步提压、提转速，压缩机转速提至8 000 r/min以上，较改造前明显升高，负荷明显增大，压缩机出口压力提高至6.6 MPa，压缩机轴向位移较检修前减少了0.2 mm，推力瓦温度始终维持在90 ℃以下，比改造前明显降低，达到了改造预定的目标，最终消除了压缩机设备运行隐患，实现了满负荷稳定生产。合成系统日产甲醇由检修改造前的1 900 t提高到了2 100 t左右，不仅产量明显增加，系统综合能耗下降也比较明显，根据初步测算，吨甲醇成本可降低120元，经济效益显著。

6 结语

合成气压缩机作为双功能压缩机，不仅担负着原料气提压及合成气循环的双功能，而且也是甲醇合成系统的核心运转设备[4]。压缩机推力瓦温度高的问题不仅限制了合成系统加量，同时不断上涨的温度也直接影响了整个系统运行的安全。本次问题处理，原因排查全面，给后续的改造提供了可靠依据，为压缩机一次性改造成功打下了基础。压缩机改造后转速明显提高，循环量明显加大，系统负荷较改造前增加了10%，改造效益非常可观，更重要的是消除了设备隐患，实现了大型运转设备的长周期稳定运行。