梁 彬

（茂名天源石化有限公司，廣東 茂名 525011）

主風(fēng)機(jī)組是催化裂化裝置的核心機(jī)組，煙氣輪機(jī)是主風(fēng)機(jī)組能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備［1］。煙氣輪機(jī)通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)做功，驅(qū)動(dòng)軸流式壓縮機(jī)，把催化裂化裝置再生煙氣中的熱能和壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能［2］。此設(shè)備能否正常運(yùn)行關(guān)系到裝置的能量回收和平穩(wěn)生產(chǎn)。某公司120×104t/a催化裂化裝置2015年擴(kuò)容改造后，其主風(fēng)機(jī)組煙氣輪機(jī)重新投用時(shí)出現(xiàn)了止推軸瓦溫度偏高現(xiàn)象，最高時(shí)達(dá)97℃，引起裝置報(bào)警。文中介紹了催化裂化裝置停車期間對(duì)煙氣輪機(jī)進(jìn)行的故障原因分析、拆機(jī)檢查、實(shí)施的技術(shù)改進(jìn)以及重新投用后的運(yùn)行情況。

1 煙氣輪機(jī)使用概況

1.1 所屬裝置與機(jī)組

催化裝置2011-11投產(chǎn)，設(shè)計(jì)加工能力120×104t/a。主風(fēng)機(jī)組主要由煙氣輪機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、齒輪變速箱及三相異步電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組成。其中，軸流風(fēng)機(jī)由西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司設(shè)計(jì)制造，齒輪變速箱由臺(tái)朔重工股份有限公司設(shè)計(jì)制造，三相異步電動(dòng)/發(fā)電機(jī)由佳木斯電機(jī)股份有限公司設(shè)計(jì)制造。

1.2 技術(shù)參數(shù)

煙汽輪機(jī)由渤海裝備蘭州石化機(jī)械廠設(shè)計(jì)制造，型號(hào)YL12000I，壓縮級(jí)數(shù)為1，輸送介質(zhì)為再生煙氣，煙氣進(jìn)口體積流量2 685 m3/min（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），其他技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 YL12000I煙氣輪機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.3 利舊改造

2015年催化裂化裝置計(jì)劃進(jìn)行增產(chǎn)提效改造，改造后加工能力提升到170×104t/a。渤海裝備蘭州石化機(jī)械廠按照催化裂化裝置170×104t/a的生產(chǎn)能力對(duì)煙氣輪機(jī)重新進(jìn)行了核算，認(rèn)為只需要更換煙氣輪機(jī)的外殼及轉(zhuǎn)子即可滿足生產(chǎn)需求。2015-12裝置擴(kuò)能改造時(shí)，對(duì)煙氣輪機(jī)同步改造，拆除并更換了新的外殼、轉(zhuǎn)子，保留了軸承箱以及軸承［3］。

1.4 運(yùn)行故障

按照安全設(shè)置，該煙氣輪機(jī)止推軸瓦超溫報(bào)警值為90℃，超溫人工停機(jī)報(bào)警值為100℃。利舊改造后，煙氣輪機(jī)試機(jī)投產(chǎn)即出現(xiàn)止推軸瓦溫度偏高現(xiàn)象。由于未到計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間，同時(shí)考慮到溫度雖然偏高，但穩(wěn)定在95℃，沒(méi)有繼續(xù)升高的趨勢(shì)，執(zhí)行了在特護(hù)狀態(tài)下機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行處理方案。2016-08催化裂化裝置定期停車檢查期間，對(duì)其進(jìn)行了故障分析及技術(shù)改進(jìn)。

2 煙氣輪機(jī)運(yùn)行情況及影響因素分析

2.1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)

通常情況下，外部供油環(huán)境，包括潤(rùn)滑油牌號(hào)選錯(cuò)、進(jìn)油量不足、軸承進(jìn)油溫度偏高、潤(rùn)滑油中帶水或含有其他雜質(zhì)等均有可能引起煙氣輪機(jī)機(jī)組軸承溫度偏高［4］。煙汽輪機(jī)、軸流壓縮機(jī)、齒輪變速箱及三相異步電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的三機(jī)組共用潤(rùn)滑循環(huán)系統(tǒng)見圖1。機(jī)組系統(tǒng)潤(rùn)滑油儲(chǔ)存于主油箱中，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑油出主油箱，經(jīng)螺桿泵壓縮并根據(jù)泵出口處潤(rùn)滑油的壓力情況分為3個(gè)流路繼續(xù)循環(huán)。第1個(gè)分支流路，當(dāng)泵的出口壓力大于等于安全閥設(shè)定壓力（1.0 MPa）時(shí)，返回主油箱，完成一個(gè)循環(huán)。第2個(gè)分支流路，當(dāng)泵的出口壓力大于等于自力式調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力 （0.8 MPa）時(shí)，返回主油箱，完成一個(gè)循環(huán)。第3個(gè)分支流路，經(jīng)雙聯(lián)冷卻器（1用1備）冷卻，再經(jīng)雙聯(lián)濾器（1用1備）過(guò)濾，最后分為5個(gè)流路繼續(xù)循環(huán)。

圖1 催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)圖

第3個(gè)分支流路的5個(gè)分支循環(huán)流路為，①經(jīng)三閥組輸送至高位油箱，由高位油箱返回主油箱。這一路中，當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑油中斷時(shí)，可利用高位油箱差壓將潤(rùn)滑油返回潤(rùn)滑油總管送到各潤(rùn)滑點(diǎn)，保證機(jī)組惰走期間潤(rùn)滑需要。②輸送至電機(jī)各軸承點(diǎn)潤(rùn)滑后匯集到回油總管返回主油箱，完成一個(gè)循環(huán)。③輸送至齒輪箱進(jìn)入各軸承點(diǎn)潤(rùn)滑后匯集到回油總管返回主油箱。④輸送至主風(fēng)機(jī)各軸承潤(rùn)滑點(diǎn)后匯集到回油總管返回主油箱。⑤輸送至煙氣輪機(jī)各軸承潤(rùn)滑點(diǎn)后匯集到回油總管返回主油箱。

煙氣輪機(jī)技術(shù)改造前，油冷卻器進(jìn)口潤(rùn)滑油溫度為51℃，出口潤(rùn)滑油溫度為42.5℃,符合煙氣輪機(jī)軸承進(jìn)油溫度35～45℃的要求。取潤(rùn)滑油油樣做化驗(yàn)分析，檢測(cè)結(jié)果也符合相關(guān)要求，證明潤(rùn)滑油產(chǎn)品是合格的［4-7］。此外，主風(fēng)機(jī)組其他設(shè)備的軸承溫度并未出現(xiàn)異常現(xiàn)象。綜合判斷認(rèn)為，外部供油故障引起煙氣輪機(jī)止推軸瓦溫度偏高的可能性很小，有必要對(duì)煙氣輪機(jī)展開拆機(jī)檢查。

2.2 軸流風(fēng)機(jī)

煙氣輪機(jī)是主風(fēng)機(jī)組中的原動(dòng)機(jī)，通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)、變速箱及電機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸會(huì)隨著工作溫度的變化發(fā)生伸縮，此伸縮量會(huì)影響聯(lián)軸器工作時(shí)的位置，可能對(duì)主風(fēng)機(jī)組的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。因此，作為一項(xiàng)調(diào)節(jié)措施，在常溫下進(jìn)行聯(lián)軸器安裝時(shí)會(huì)預(yù)留一定的軸向距離，使轉(zhuǎn)軸處于預(yù)拉伸或預(yù)壓縮狀態(tài)，以此消除軸流風(fēng)機(jī)的影響。預(yù)留的間隙應(yīng)有合理的范圍，過(guò)小會(huì)引起振動(dòng)，過(guò)大會(huì)使煙氣輪機(jī)止推軸承在工作時(shí)受到附加的軸向拉力而引起止推軸承溫度高。這個(gè)間隙既是軸流風(fēng)機(jī)軸的實(shí)際受熱伸長(zhǎng)量，也是煙氣輪機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器預(yù)留軸端距的標(biāo)準(zhǔn)。

已知軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)口溫度33.7℃，出口溫度196.5℃，軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口間距離2.5 m，按下式計(jì)算軸承受熱伸長(zhǎng)量［8-9］：

ΔL=αLΔt

式中，ΔL為軸長(zhǎng)度受熱伸長(zhǎng)量，L為軸原有長(zhǎng)度，m；α 為軸材料受熱線膨脹系數(shù)，α=12×106℃-1。Δt為受熱前后軸溫度的變化，℃。代入數(shù)值計(jì)算，得ΔL=0.004 88 m?？紤]到軸流風(fēng)機(jī)溫度從入口到出口逐漸升高的實(shí)際情況，采用算術(shù)平均溫度計(jì)算實(shí)際伸長(zhǎng)量，最終確定的實(shí)際伸長(zhǎng)量為ΔL/2，即 2.44 mm。

經(jīng)測(cè)量，煙氣輪機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器兩端面凸凹之間距為315 mm，中間連接節(jié)長(zhǎng)度加上調(diào)整墊片厚度總長(zhǎng)為312.24 mm?；跍y(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算的軸承端距為315－312.24=2.76(mm)，軸承端距預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)為2.44 mm，二者相差 0.32 mm，說(shuō)明軸端距變大了，所以需要通過(guò)加墊片進(jìn)行調(diào)整。

2.3 止推軸承

YL12000I煙氣輪機(jī)止推軸承為金斯伯雷式軸承，實(shí)物見圖2。

圖2 止推軸承座下半部分

這種止推軸承主要部件包括止推瓦塊、上水準(zhǔn)塊（上搖塊）、下水準(zhǔn)塊（下?lián)u塊）及基環(huán)，各部件間的接觸為球面支點(diǎn)接觸。

球面支點(diǎn)接觸的優(yōu)點(diǎn)是，可以保證止推瓦塊和水準(zhǔn)塊（搖塊）自由擺動(dòng)，使載荷分布均勻。當(dāng)止推盤隨軸傾斜時(shí)，推力瓦塊可通過(guò)上、下水準(zhǔn)塊自動(dòng)找平，使得所有推力瓦塊保持在同一平面上，從而與推力盤形成均勻接觸，保證所有的推力瓦塊均勻承受軸向推力，避免引起局部磨損。球面支點(diǎn)接觸也有明顯的缺點(diǎn)，即沒(méi)有調(diào)整墊片，止推間隙難以通過(guò)墊片調(diào)整。

2.4 止推軸瓦

按照說(shuō)明書規(guī)定，止推軸承的軸向間隙應(yīng)在0.25～0.33 mm。經(jīng)檢測(cè)，止推軸承的軸向間隙為0.18 mm，明顯偏小。通常認(rèn)為，止推軸承是依靠轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力把依附在其表面的潤(rùn)滑油甩出來(lái)達(dá)到降溫的目的的。止推間隙不足時(shí)，止推盤與止推軸瓦間的油膜厚度會(huì)減小，被甩出的潤(rùn)滑油相應(yīng)減少，冷卻效果就會(huì)下降，從而引起止推軸瓦溫度升高［10-12］。

拆開止推瓦塊查看，表面未見損傷，襯塊也無(wú)夾渣、氣孔、脫落及裂紋等缺陷。將襯塊放入煤油中，滲透30 min后涂白粉檢查，未見脫殼現(xiàn)象。用著色法檢查，各瓦塊的巴氏合金表面與止推盤表面接觸面積不低于75%，接觸點(diǎn)達(dá) 3～4點(diǎn)/cm,瓦塊背部承力面光潔，無(wú)燒灼、膠合及壓痕等重載痕跡。經(jīng)測(cè)量，每塊瓦塊厚度誤差小于0.01 mm,止推瓦塊各定位螺釘配合間隙正確，止推瓦塊可以自由擺動(dòng)［13-14］。

綜合分析認(rèn)為，止推軸瓦軸向間隙比標(biāo)準(zhǔn)值小0.07 mm是止推軸瓦溫度偏高的主要原因。

2.5 止推盤

止推盤表面太粗糙、有溝槽或發(fā)生凸起等都可能破壞油膜，甚至磨壞瓦塊。對(duì)止推盤進(jìn)行目測(cè)和量具測(cè)量，結(jié)果表明，止推盤表面光潔平整，表面粗糙度Ra=1.8μm,未發(fā)現(xiàn)徑向溝痕，軸向溝槽深度不超過(guò)0.02 mm，止推盤厚度沿圓周偏差不超過(guò)0.01 mm,軸向跳動(dòng)不超過(guò)0.015 mm。因此推斷，止推盤狀況良好，不會(huì)引起止推軸瓦溫度偏高［15-16］。

3 煙氣輪機(jī)故障原因及改進(jìn)措施

3.1 故障原因

對(duì)煙氣輪機(jī)潤(rùn)滑油供應(yīng)、軸流風(fēng)機(jī)、止推軸承、止推軸瓦以及止推盤運(yùn)行情況及影響因素的分析表明，引起煙氣輪機(jī)止推軸承溫度超標(biāo)的原因主要有2個(gè),①煙氣輪機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)軸承端距偏大。②止推軸承軸向間隙太小。其中,止推軸承軸向間隙太小是主要原因。

3.2 改進(jìn)措施

3.2.1 止推間隙調(diào)整

止推軸承軸向間隙的調(diào)節(jié)通常采用間接方法，即通過(guò)加減副止推軸瓦基環(huán)墊片數(shù)量來(lái)改變止推軸承的軸向間隙。YL12000I煙氣輪機(jī)止推軸承零部件裝配圖見圖3。從圖3可看出，副止推軸瓦基環(huán)安裝在定位槽中，在上軸承座有防止基環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的螺釘從徑向進(jìn)行緊固。下軸承座沒(méi)有防止基環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的螺釘，定位槽中沒(méi)有加減墊片的軸向位置。因此，通過(guò)加減墊片調(diào)整YL12000I煙氣輪機(jī)止推軸承軸瓦軸向間隙的操作方案是不可行的。

圖3 止推軸承零部件裝配圖

2015-12煙氣輪機(jī)安裝階段止推瓦間隙偏小情況已經(jīng)存在，但由于多種原因一直未作處理。投產(chǎn)后止推軸瓦溫度一直偏高，2016-08裝置停汽消缺檢修時(shí)用手工修復(fù)的方式進(jìn)行間隙調(diào)整。具體操作工序?yàn)?，①?000目金相砂紙放在平臺(tái)上，固定4個(gè)角。②測(cè)量副止推軸瓦厚度。③把副止推軸瓦放在砂紙上作8字型研磨。④研磨后測(cè)量瓦塊厚度，比較瓦塊各部位厚度，若厚度不一致則進(jìn)行局部刮研，同時(shí)在止推盤上用著色法進(jìn)行接觸情況檢查。④反復(fù)多次，直到滿足每塊軸瓦與止推盤均勻接觸，每塊軸瓦厚度差不大于0.2 mm,表面接觸面積不低于75%，接觸點(diǎn)不少于3～4點(diǎn)/cm，止推軸瓦軸向間隙達(dá)到0.29 mm的組裝要求。

3.2.2 聯(lián)軸器軸端距調(diào)整

針對(duì)煙氣輪機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)軸承端距比安裝標(biāo)準(zhǔn)大0.32 mm的情況,在聯(lián)軸器中間連接節(jié)處增加0.3 mm厚的不銹鋼墊片。

3.2.3 軸瓦油囊修復(fù)

主止推軸承瓦塊長(zhǎng)時(shí)間在高溫下運(yùn)行導(dǎo)致瓦塊油囊破損，在不影響止推瓦塊有效受力面積的情況下，用刮刀輕輕在瓦塊進(jìn)油邊沿入油方向刮研修復(fù)，使瓦塊進(jìn)油側(cè)巴氏合金呈圓滑過(guò)渡，易于進(jìn)油和形成油膜，以增加瓦塊進(jìn)油量［17］。修復(fù)前后主止推軸承裝配數(shù)據(jù)見表2。

表2 改進(jìn)前后主止推軸承裝配數(shù)據(jù) mm

4 改進(jìn)后煙氣輪機(jī)運(yùn)行情況

2016-08煙氣輪機(jī)技術(shù)改造完成。改進(jìn)前后主止推軸承軸瓦各瓦塊溫度見表3。由表3可知，改進(jìn)后止推軸承溫度降到報(bào)警值以下，達(dá)到了預(yù)期改進(jìn)效果。

表3 改進(jìn)前后主止推軸承各瓦塊溫度 ℃

5 結(jié)語(yǔ)

煙氣輪機(jī)止推軸承改造于2016-08完成。主風(fēng)機(jī)組重新投運(yùn)后運(yùn)行狀況良好，煙氣輪機(jī)止推軸承軸瓦溫度正常。實(shí)踐證明，煙氣輪機(jī)止推軸承改造有效解決了止推軸承軸瓦溫度偏高報(bào)警問(wèn)題，提高了機(jī)組運(yùn)行安全性，減少了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，為解決類似問(wèn)題積累了經(jīng)驗(yàn)。