空分圆筒式增压机止推瓦高温原因与处理

陈新治

(新乡中新化工有限责任公司, 河南新乡 453800)

近年来，随着煤化工和大型石油炼化项目的发展，空分装置的需求量不断增加。空分装置的工作原理是根据空分中各组分沸点不同，经过加压、预冷、纯化，并用膨胀机和高压节流阀提供冷量使空气液化，再通过精馏塔进行精馏，从而获得所需要的氧、氮、氩产品[1]。

新乡中新化工有限责任公司(简称中新化工)空分装置中的圆筒式增压机由陕西鼓风机集团公司(简称陕鼓集团)生产。该空分圆筒式增压机是陕鼓集团首套40 000 m3/h空分配套设备，由蒸汽轮机提供动力，通过变速系数为1∶2.22的增速箱，将增压机转速升至10 900 r/min左右，进口压力设计为0.5 MPa，进口气体体积流量为139 000 m3/h，出口压力为6.2 MPa。一段中抽体积流量为5 000 m3/h、压力为1.2 MPa仪表空气，二段中抽体积流量为65 000 m3/h、压力为2.7 MPa膨胀空气，剩余体积流量为69 000 m3/h、压力为6.2 MPa高压空气经过高板换热器去高空节流阀。目前增压机止推瓦运行时温度达到117 ℃左右，报警温度为110 ℃，连锁温度为120 ℃(二选二连锁)，严重影响空分氧气产量。为保障装置安全，提高氧气产量，对增压机平衡盘和止推瓦进行优化升级改造，实现装置满负荷长周期稳定运行。

1 原因分析

空分圆筒式增压机为单轴增压设备，随着压力的提升，压缩气体的作用力全部作用于轴上，且全部为高压端推向低压端。经过设计方陕鼓集团计算:该作用力在末机出口压力可达6.2 MPa；进气量为139 000 m3/h时，止推盘上承力约为6 t。此时超过推力轴承的承力范围，导致主止推瓦温度超标[2]。

由于主止推瓦进油方式不合理以及主副止推瓦进油设置单根油管，2套止推瓦作用时间存在很大区别。副止推瓦主要在开车前或者停车后起作用，而主止推瓦在生产过程中起作用，如果单根油管供油，工作状态下容易造成油量分配不均。

2 改造措施

2.1 加大平衡盘

2013 年第二次改造时,加大平衡盘直径至310 mm，此时推力轴承比压为1.03 MPa，符合轴承设计规范要求[2]。针对空分机组增压机止推瓦温高问题，陕鼓集团将这种机型的推力轴承比压范围调整为-0.68～0 MPa，有的机组甚至用到更小值[3]。

经陕鼓集团试计算，当加大平衡盘直径至320 mm 时，推力轴承比压为-0.72 MPa，能够解决轴向力过大引起的止推瓦温高问题。

平衡盘处改造结构，见图1所示。

图1 平衡盘处改造结构

2.2 平衡盘金属软密封

金属软密封是指在密封体上喷涂硅铝混合物，使转子上密封片与密封体接触，从而实现较小的密封间隙，以达到增强密封的效果。此次改造中，减小平衡盘密封间隙(单边0.10～0.15 mm)，具体结构见图2。

图2 平衡盘金属软密封

2.3 止推瓦优化

为了进一步优化轴承性能，使其高温下运行稳定、安装方便，对推力轴承做相应优化：增大输油管内径，改变支点位置，采用军工用瓦面巴氏合金提高运行稳定性，改进上下平衡块的材质，提高加工精度。

2.4 改进隔板

将第五级和第六级扩压器进口处处理成圆角(轮盖侧)，使从叶轮出来的介质能够更顺畅地进入扩压器。具体结构见图3所示。

图3 改进后的圆角隔板

3 改造效果

2018年2月开车试运行，结果显示：平衡管放空气体全部得到回收；增压机压力稳定控制在5.85～5.95 MPa范围；低负荷下，止推瓦TI4723温度为84.2 ℃、TI4724温度为75.5 ℃；增压机的放空气量得到回收后，气体未浪费；泄漏量减少，增压机效率明显提高。本次改造比前几次效果更好，证明了该改造方法可行。

4 结语

空分圆筒式增压机是陕鼓集团早期引进德国曼透平技术后自主研发的设备，在经过对轴瓦、隔板以及密封改造后，基本满足空分满负荷生产[4]，同时投资少、占地面积小、操作简洁。本次返厂后，经过陕鼓集团专家的研究，找出了主止推瓦温度高的原因，通过改造解决了增压机运行中温度高、位移大的问题。