裂解装置乙烯压缩机组轴瓦损伤故障分析

赵广涛，李永水

（中国石油辽阳石化分公司动力厂，辽宁辽阳 111003）

0 引言

某套蒸汽裂解装置于1973 年从法国德西尼布公司成套引进，1979 年建成投产。装置以石脑油为主要原料，经高温裂解生产聚合级乙烯和丙烯。其中，乙烯压缩机与裂解气压缩机、丙烯压缩机，组成乙烯“三机”机组，是流程工业上的核心设备。机组振动高是运行异常的主要表现之一，造成机组振动高的原因有很多，如机组轴系不平衡、流体失稳、碰磨、轴瓦损伤、松动等。

1 轴瓦的特点及材料

转轴被轴承支承的部分叫做轴颈，与轴颈配合的部件就是轴瓦。轴瓦一般是指在滑动摩擦状态下工作的轴承（滑动轴承），有运转时间长、运行平稳、噪声小的特点。在液体润滑的条件下，接触表面被润滑液形成的油膜分开，因而没有直接接触。其存在的缺点是，在泵启机瞬间油膜还没有完全形成，所以摩擦阻力非常大。

轴瓦的材料主要分为非金属和金属两类。

（1）非金属滑动轴承的材料主要以塑料为主，轴承用塑料大部分选用整体性能比较好的工程塑料。大部分制造商都有工程塑料自润滑技术，通过纤维、特种润滑剂、玻璃珠等方法对工程塑料进行自润滑增强改造，使塑料达到一定性能，再用改性后的塑料加工成可以自润滑的塑料轴承。

（2）目前使用最多的金属滑动轴承是三层复合轴承，一般是以碳钢板为基础，通过烧结技术在钢板上先烧结一层球形铜粉，然后再在铜粉层上烧结一层PTFE（聚四氟乙烯）润滑剂。中间一层球形铜粉主要作用就是增强钢板与PTFE 之间的结合强度，在运行时还有一定的承载和润滑作用。

2 轴瓦损伤的故障特征及主要原因

机组所用轴瓦发生损伤故障后，主要特征有3 个：①整个机组轴系支撑刚性下降、一倍频幅值增大，损伤严重时还会出现与轴颈接触的磨碰现象，磨碰后会造成轴瓦局部温升增大；②振动值随负荷变化明显，随着机组所载负荷的增加而增大，随着负荷的减少振动值也同样减少；③振动值随润滑油油温变化而变化，轴瓦间隙大，通过降低润滑油油温，振动值也相对降低，加大润滑油油温，振动值也同样增大。

压缩机组在正常运行或启停机过程中，轴瓦发生损坏故障的原因主要有两个：①由于润滑系统出现故障，润滑油突然中断或润滑油品质恶化都会使油膜形成不好，从而导致接触面润滑不良，导致轴瓦与轴颈发生碰磨，表面合金层脱落；②如果轴瓦内含有杂物、轴系中心不同心等原因会引起转轴与轴瓦之间产生动静摩擦，导致轴瓦损坏，表面合金层脱落。

3 滑动轴承断油及磨损原因

（1）油泵联锁问题。压缩机组附属润滑油系统油泵联锁设计、安装不合理，或运行中未投用联锁保护，当发生事故机组停机时油泵不能正常联锁启动，造成润滑油中断提供，导致轴瓦缺油磨损、损坏。

（2）新安装或大检修后的压缩机组，在安装时有部件漏装或安装精度不足，在运行时轴承会发生偏转、造成轴瓦损坏。

（3）压缩机组运行过程中主油泵故障停机，造成润滑系统供油中断、导致轴瓦损坏。

（4）压缩机组润滑油系统的切换操作不当，造成润滑系统供油中断、导致轴瓦损坏。

（5）压缩机组润滑油系统阀门的安装不符合标准。

（6）压缩机组润滑油品质不高，润滑油油温过高或偏低，润滑油中混入水使润滑油被水解、乳化，造成轴瓦油膜无法建立或建立不良，导致轴瓦损坏。

（7）压缩机组润滑油系统油泵的仪表辅助系统不准确，使操作人员判断失误，造成润滑系统供油中断，导致轴瓦损坏。

（8）新安装或大检修后的压缩机组在进行润滑油系统清洗时，由于冲洗不干净使得安装或大修过程中遗留的铁屑或杂物进入压缩机组内部，并在运行中被带入轴瓦间隙内，破坏轴瓦表面合金层，造成瓦面平整度不足，导致轴瓦损坏。

（9）压缩机组运行过程中径向振动值较大，轴瓦间隙不足以补偿，导致轴瓦损坏。

4 案例分析

4.1 故障机组参数

故障机组离心机与汽轮机参数见表1，其中离心机的壳体材料为ASTMA350LF3、转子材料为AISI4320。

表1 机组详细参数

C401 压缩机组为透平驱动的乙烯压缩机组，用于输送裂解装置中生产出来的乙烯，是该套裂解装置的关键核心设备（图1）。

图1 乙烯压缩机21C401 机组概貌

4.2 故障现象

2019 年4 月14 日8:00 左右，C401 乙烯压缩机驱动端轴振动由9 μm 缓慢下降，一直到当日晚上21:00，X/Y 的振动值最低下降到5 μm，同时该侧轴瓦温度上升了约1 ℃、轴瓦温度为75 ℃。随后，该侧振动值逐渐上升，到4 月17 日轴径向振动稳定在约35 μm（图2）。在整个过程中，径向轴瓦温度上升了约6 ℃、达到80 ℃，并维持稳定。

图2 XT4102X/Y 测点振动趋势图

4.3 原因分析

乙烯压缩机异常后只有XT4102X/Y 测点出现了明显的振值增高现象，XT4102X/Y 测点间隙电压分别为8.94 V 和8.64 V，均在线性范围之内。振动频率以工频占主导如图3 所示：振动发生变化时，主要是工频变量，合成的轴心轨迹为椭圆形见图4、图5，随着机组振动值的不断升高，轴瓦温度升高了6 ℃。

图3 振动异常后XT4102X/Y 测点波形频谱图

图4 振动异常后XT4102X/Y 测点轴系轨迹图

图5 振动异常后XT4102X/Y 测点波形

对以上现象综合分析后认为，引起机组发生振动异常的主要原因为：XT4102X/Y 测点处轴瓦损伤，轴瓦间隙配合超差。

结合现场实际生产情况，建议先降低润滑油温度，稳定操作，避免发生生产波动，加强机组运行监护，稳定机组运行至计划检修时间，避免了非计划停车。

4.4 现场检修反馈

2019 年6 月，乙烯压缩机组安排窗口解体检修，抽出下部瓦块发现有磨损，轴颈相应部位有结焦物，轴承间隙超标一倍（图6、图7）。检修结果与故障期间诊断意见一致，印证了之前的诊断结论。

图6 下瓦块磨损

图7 轴颈结焦