离心式压缩机轴瓦高温故障分析及处理措施浅析

张长乐

（山东阳煤恒通化工股份有限公司，山东 郯城 276100）

化工行业在生产过程中应用离心式压缩机输送氯气，效率高、安全性高。2015年6月山东阳煤恒通化工股份有限公司投入运行1 台德国某品牌氯气离心式压缩机，用于干燥氯气输送，运行3年来比较稳定。按设备说明书要求于2018年5月进行拆解维护、换油，投运后，径向轴瓦和推力轴瓦频繁出现高温报警及联锁停机的故障。为此，对轴瓦高温原因进行分析，发现问题所在，采取改进措施，消除了压缩机轴瓦高温隐患，压缩机恢复正常运行。

1 压缩机工作原理与结构

1.1 压缩机的工作原理

氯气离心式压缩机，高速旋转轴上安装叶轮，布置在气缸内，利用高速旋转的叶轮将机械能传递给氯气，增加氯气的动能，并在扩压器中把动能充分地转变为势能，以提高氯气压力，完成氯气的加压工艺。

1.2 压缩机结构及技术参数

1.2.1 基本结构

该压缩机为四级压缩，叶轮数量为4 个，级数布置方式，靠近电机侧为第一级压缩，依次为二级、三级、四级。电机通过增速器带动压缩机转子转动，径向轴瓦为可倾瓦式巴氏合金滑动轴瓦，分别布置在压缩机两端；推力轴瓦设在非电机侧，和压缩机的非电机侧径向轴瓦设在同一个轴承室内。

1.2.2 技术参数

流量为8500Nm3/h，入口压力为0.095Mpa，出口压力为0.8Mpa，入口温度25 ℃，出口温度86 ℃，转速为10446rpm，电机功率980KW；润滑方式为润滑站集中供油润滑。

2 离心式压缩机故障原因与润滑分析

2.1 轴瓦故障分析

（1）压缩机计划维护保养换油后出现轴瓦高温报警，该压缩机按计划维修后换用46#涡轮机油，于2018年5月28 日开机运行，运行至7月9 日，频繁出现轴瓦高温报警和联锁停机的故障，具体故障过程如表1。

表1 故障过程统计表

（2）轴瓦高温故障分析，对2018年6月21 日推力轴瓦拆解时发现1～2 片瓦划伤较严重，如图1 所示，瓦面粘附不同程度浅棕色结焦物，从结构和颜色分析应该是漆膜，是引起推力瓦高温的主要原因。2018年7月9 日，非电机侧径向轴瓦再次出现高温趋势，而电机侧低温端轴瓦没有高温现象，停机拆解时发现上次清洗过的瓦面再次形成浅棕色结焦物，如图2 所示，浅棕色结焦物的形成与前后4 次报警拆解分析，怀疑与本次换油有关，自换油后断断续续出现高温报警，同时发现轴瓦表面粘附物与油品高温氧化变质有关。维修换油之后，报警、停机故障的直接表现为轴瓦温度高，说明径向轴瓦和推力轴瓦没有建立起连续稳定的润滑油膜，导致轴和轴瓦局部高点直接接触，摩擦产生大量热量，润滑油无法把热量全部带出，轴瓦温度升高，说明选用的润滑油粘温性差，不适合长期高温运行；从4 次高温停机检查情况来看，轴瓦表面均有浅棕色结焦物粘附，其中一次轴瓦表面有轻微摩擦现象，说明轴瓦和轴有直接接触划伤的情况，轴瓦附着的焦状物使轴与瓦的表面间隙缩小，摩擦产生高温，使轴瓦无法建立连续稳定的油膜，导致润滑部分失效；浅棕色结焦物产生的原因分析，压缩机非电机侧轴瓦，靠近压缩机末级叶轮，转速高、温度高、负荷大，压缩机加压并入系统后，压缩机末级气体出口温度为95℃，叶轮和轴温度逐步升高，温度通过主轴传递，轴瓦工作温度也会相应升高。从运行数据看，比一级叶轮附近的径向轴瓦温度平均高10～13℃。

图1 推力瓦划伤与漆膜

图2 径向瓦面结焦

2.2 润滑用油分析

（1）选用润滑油分析

设备推荐用油为专用涡轮机油，实为合成级润滑油，本次维检更换油为46#涡轮机油，属于矿物级润滑油，46#涡轮机油技术参数，粘度指数90～104,40℃时运动粘度41.4～50.6mm2/s，开口闪点186～230 ℃，倾点不高于-6℃。矿物型润滑油不适合长期超出65℃的温度区域使用，在高温运行时，油品氧化速度快速增加，油中分离过氧化物。这些过氧化物聚集反应粘附于轴瓦表面形成漆膜，破坏油膜形成。维保前使用进口品牌的专用涡轮机油，运行3年正常，而维修后更换矿物级润滑油出现轴瓦表面有浅棕色焦状物，导致轴和轴瓦之间形成油膜不完整，轴与瓦摩擦引起热膨胀使轴与瓦间隙缩小，油膜难以建立，润滑逐步失效，最后导致温度居高无法继续运行，如不及时停机检修，后果将是抱轴化瓦。矿物级46#涡轮机油和停车前使用的合成涡轮机上质量上存在较大差别，矿物级油粘度指数相对较低，抗氧化性、粘温特性较差，造成油品氧化速度加快。由于轴瓦连续运行温度超过75℃，矿物油的高温抗氧化性能极不稳定，逐渐析出产生浅棕色焦状物粘附在轴瓦表面，破坏轴瓦表面形状，使润滑油膜无法建立，导致润滑失效产生，是故障发生的根源。

（2）形成漆膜原因与危害分析

一般情况下，涡轮机油因循环应用会溶解一定量的空气，进入油液的空气以悬浮形式存在油液中。涡轮机油经过油泵加压到高压区后，这些悬浮在油中的小气泡被急速压缩，导致油液温度迅速升高，造成油液微区绝热“微燃烧”，生成极小尺寸的不溶物。这些不溶物有极性、极不稳定，易粘附到轴瓦表面从而形成漆膜。相对而言，矿物型涡轮机油在80～90℃的高温区运行，更容易产生漆膜。从几次高温停机检查轴瓦表面均有浅棕黄色的胶状物实际为漆膜。漆膜主要危害包括：减少轴瓦间隙，增加摩擦，产生多余热量，堵塞过滤器造成设备润滑不良，严重时导致抱轴化瓦事故。

3 轴瓦润滑与维护升级措施

3.1 合理选用润滑用油

查阅大量资料和运行数据，选用46#合成型长寿命极压汽轮机油为氯气压缩机用油，粘度指数121，40℃时运动粘度47.05 mm2/s，开口闪点232℃，倾点-35℃，抗乳化5min 分离，铜片锈蚀（100℃,3h）1b 级，使用工作温度-30～120℃。此油主要以合成基础油组成，突出的耐高温、抗热氧化安定性，长期使用也不会产生有害的沉淀物和漆膜；优良的极压抗磨性能，有效保护轴瓦润滑性，减少维修和更换费用。

3.2 在用油定时检测分析

对在用油理化指标检测分析，检测周期3 个月，检测技术指标：粘度、酸值、破乳化、清洁度等。在润滑站处增加一套油品净化系统，滤芯过滤精度3µm，采用定时过滤和检测超标过滤方式，确保在用油清洁度NAS7 级内。进行全指标化验分析，定期跟踪润滑油品质在合格范围内。

3.3 对压缩机轴瓦漆膜清洗检修

油箱油路用油冲洗后换油为46#合成型长寿命极压汽轮机油，2018年7月10 日，氯气压缩机再次开机，2年来跟踪监测压缩机径向轴瓦运行温度稳定在71℃左右，推力瓦温度在66℃左右，径向轴瓦温度降低5～10℃。运行正常，未出现过轴瓦高温等类似问题。

3.4 提高设备润滑技术管理

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，其它振动、温度都有联锁保护。所以要重视润滑管理，特别是大型机组的润滑油品质变化管理。润滑技术的一项重要内容就是选用适合的润滑油，从更换油品后的使用效果看，更换使用合成级润滑油和提升在用油品清洁度，消除了离心压缩机存在的轴瓦高温问题。将设备故障与润滑管理结合分析，才能杜绝设备故障的频繁发生，实现设备长周期、高效、安全稳定运行。

4 结语

离心式压缩机正常运行与润滑技术科学应用关系非常大，尤其是高速、重负荷的离心式压缩机的安全运行更离不开稳定的润滑油膜。对设备的润滑维护可以避免设备故障发生，做好转动设备管理首先从润滑做起，每个设备管理人员必须熟练掌握润滑维护保养知识，并应用到实践中去，时刻保持润滑的正常运作是重中之重，把设备润滑作为核心内容管理，这样才能更好地保障包括离心式压缩机在内的大型转动设备的稳定长周期安全运行。