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深冷低壓膨脹機(jī)軸承溫度過高的原因分析

2009-03-31

　　米淑云 付源 孟紅霞 / 天然氣分公司
　　摘要：簡(jiǎn)單介紹了膨脹機(jī)潤(rùn)滑流程及軸承潤(rùn)滑機(jī)理，分析了造成膨脹機(jī)軸承溫度高的主要原因，找出了解決的辦法。
　　關(guān)鍵詞：透平膨脹機(jī)；軸承；潤(rùn)滑油；密封氣 
　　中圖分類號(hào): TB653； TH133.3 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)： 1006-8155（2007）04-0077-03
　　Reason Analysis on High Temperature of Expander Bearing with Deep-cold and Low-pressure
　　Abstract: This paper briefly introduces the process of lubrication for expander and the mechanism of lubrication for bearing. The main reason for high temperature of expander bearing is analyzed and the solution is found.
　　Key words: turbo-expander ； bearing ； lubricating oil ； seal gas 
　　0 　引言
　　深冷裝置采用的膨脹機(jī)屬于速度型透平膨脹機(jī),以天然氣流動(dòng)時(shí)速度的變化來傳遞能量,高壓天然氣在膨脹機(jī)內(nèi)做接近于等熵膨脹,產(chǎn)生焓降。同時(shí),輸出功,消耗能量,增大焓降,使天然氣出口溫度降低,達(dá)到制冷目的。膨脹葉輪屬于徑軸流反動(dòng)向心閉式葉輪,同軸制動(dòng)的離心增壓機(jī)的葉輪為半開式，膨脹機(jī)和增壓機(jī)都是單機(jī)的。膨脹機(jī)是深冷站制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著制冷和回收能量的重要作用。高、低壓膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)流量分別為18623/17388Nm3/h,轉(zhuǎn)速為39000/47000r/min，高、低壓膨脹機(jī)進(jìn)口溫度為-69.15/21.55℃,出口溫度為：-105.32/-39.55℃。通過分析得出了影響膨脹機(jī)軸承溫度的主要因素有潤(rùn)滑油、水冷卻器、密封氣、配件質(zhì)量、維修質(zhì)量等，其中潤(rùn)滑油的油膜厚度是制約軸承溫度的主要原因，而軸承溫度是影響膨脹機(jī)長(zhǎng)周期、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。
　　1 　膨脹機(jī)組存在的問題
　　2005年5月膨脹機(jī)組連續(xù)一周多出現(xiàn)軸承溫度高而連鎖停機(jī)現(xiàn)象（數(shù)據(jù)見表1），致使機(jī)組處于較低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，制冷負(fù)溫在-50℃左右，與設(shè)計(jì)制冷溫度相差甚遠(yuǎn)。
 
　　表 1 膨脹機(jī)組有故障時(shí)的運(yùn)行參數(shù)
 
　　2  膨脹機(jī)軸承潤(rùn)滑機(jī)理
　　膨脹機(jī)的軸和軸承的潤(rùn)滑、冷卻主要是靠潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油的主要作用是為軸、軸承、密封提供潤(rùn)滑和冷卻作用。軸頸與軸承間形成一定厚度的動(dòng)壓油膜，構(gòu)成油膜接觸，油膜將軸托起，軸承與軸不直接接觸，軸與軸承間為液體摩擦，摩擦因數(shù)較小。同時(shí)，摩擦副間脫落的金屬屑、雜質(zhì)被潤(rùn)滑油帶走，減輕磨料磨損，帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，防止軸與軸承溫度過高而燒瓦。
　　3  低壓膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑油流程
　　低壓膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由膨脹機(jī)殼體、轉(zhuǎn)子軸、葉輪、軸承、鍵、背冒螺栓、隔熱盤、背壓密封、密封膠圈及溫度探頭、振動(dòng)探頭等組成。其輔助系統(tǒng)有增壓機(jī)、密封氣系統(tǒng)、冷吹系統(tǒng)、蓄壓器、平衡閥等。
　　低壓膨脹機(jī)的軸承與軸的潤(rùn)滑采用
　　L-TSA68號(hào)汽輪機(jī)油進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油的粘度指標(biāo)為55.08～82.28mm2/s,閃點(diǎn)（開口）指標(biāo)為≥185℃。潤(rùn)滑油的流程是油箱-粗過濾器-油泵-潤(rùn)滑油水冷卻器-雙聯(lián)過濾器-管線閥門-機(jī)前過濾器-膨脹機(jī)的軸、軸承等部位進(jìn)行潤(rùn)滑。
　　4 　故障排查及分析
　　4.1  檢查儀表系統(tǒng)
　　察看低膨脹機(jī)軸承回油溫度現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與主控室計(jì)算機(jī)顯示的軸承溫度數(shù)據(jù)對(duì)照，再與用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)照，測(cè)量的數(shù)據(jù)基本相同，誤差在 2℃左右；檢查低膨脹機(jī)溫度探頭安裝情況，如果探頭安裝松動(dòng)或探頭線性不好，也會(huì)影響數(shù)據(jù)變化，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度進(jìn)行重新校驗(yàn)，重新確認(rèn)儀表探頭的靈敏度，通過檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常。
　　4.2  檢查油箱的潤(rùn)滑油的化驗(yàn)指標(biāo)、溫度和壓力
　　潤(rùn)滑油化驗(yàn)指標(biāo)中影響軸承溫度的主要是運(yùn)動(dòng)粘度和閃電。運(yùn)動(dòng)粘度高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，軸頸與軸承之間油膜的運(yùn)動(dòng)阻力大，運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)帶走，易造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度高；運(yùn)動(dòng)粘度小于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，軸頸與軸承之間油膜厚度變薄，無(wú)法形成動(dòng)壓潤(rùn)滑，軸與軸承間為邊界摩擦，此時(shí)的摩擦因數(shù)幾倍于液體潤(rùn)滑，軸與軸承間產(chǎn)生的熱量大，易造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度高；潤(rùn)滑油閃電低，軸頸與軸承之間無(wú)法形成油膜或形成的油膜變薄，軸與軸承間為邊界摩擦，易造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度高。油箱中潤(rùn)滑油溫度對(duì)軸承的影響，油箱溫度過高（正常油箱溫度為58℃），而潤(rùn)滑油水冷卻器的換熱面積是一定的，潤(rùn)滑油的溫度也相應(yīng)變高，造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度升高，油箱壓力對(duì)軸承溫度的影響，油箱壓力過高，直接影響潤(rùn)滑油回油箱的速度，這樣也易造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度升高。因此，要保證低壓膨脹機(jī)軸承溫度不高，必須控制好潤(rùn)滑油的化驗(yàn)指標(biāo)、油箱溫度和壓力?！?br /> 　　4.3  潤(rùn)滑油水冷卻器換熱效果
　　膨脹機(jī)潤(rùn)滑油水冷卻器是隨機(jī)引進(jìn)的換熱器 ,換熱面積為34m2 ,管束采用銅材質(zhì),銅材質(zhì)的換熱效果好于其他材質(zhì),介質(zhì)為循環(huán)水,設(shè)計(jì)來/回水溫度為30/60℃，殼程介質(zhì)為潤(rùn)滑油，設(shè)計(jì)進(jìn)/出潤(rùn)滑油溫度為60/40℃。來水溫度高，經(jīng)過水冷卻器換熱后，潤(rùn)滑油溫度降不下來，造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度升高。潤(rùn)滑油水冷卻器換熱效果，由于水冷卻器長(zhǎng)時(shí)間使用，管壁結(jié)垢，沉積泥砂的堵塞等水冷卻器換熱效果差，造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度高。保證措施是定期對(duì)潤(rùn)滑油水冷卻器進(jìn)行清洗，另外控制好動(dòng)力的循環(huán)水來水溫度，來水溫度控制在30℃以內(nèi)。
　　4.4 檢查油泵的運(yùn)行參數(shù)
　　油泵的流量為216L/min,進(jìn)口壓力為0.5MPa，出口壓力為4.86MPa。如果油泵的出口壓力低，油泵的供油量不足，潤(rùn)滑油循環(huán)減慢，潤(rùn)滑油不能正常工作，無(wú)法滿足軸承及密封的潤(rùn)滑，易造成軸承溫度高。這種情況可能是油泵密封損壞，泄漏量大造成的，或是油泵進(jìn)口過濾氣堵塞造成的，也可能是泵葉輪損壞而致，經(jīng)檢查現(xiàn)場(chǎng)油泵的出口壓力為4.5MPa，滿足膨脹機(jī)運(yùn)行需要。
　　4.5  檢查管線
　　回油的匯管多年運(yùn)行積垢多不暢通，影響軸承回油量，或是調(diào)節(jié)閥堵塞開關(guān)不靈活，造成油路不暢通，影響軸承溫度等。在停機(jī)時(shí)，對(duì)膨脹機(jī)的所有潤(rùn)滑油管路和調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢查、清洗，同時(shí)用儀表風(fēng)進(jìn)行吹掃管線，未發(fā)現(xiàn)任何異物。
　　4.6  檢查膨脹機(jī)的配件質(zhì)量
　　目前，膨脹機(jī)的配件都使用國(guó)產(chǎn)化研制加工的配件，軸承是由四川簡(jiǎn)陽(yáng)低溫設(shè)備廠加工的配件，懷疑有質(zhì)量問題，軸承回油孔方位不對(duì)或孔小，造成回油不暢通，與引進(jìn)配件對(duì)比，同時(shí)檢查油孔是否有堵塞，并用儀表風(fēng)進(jìn)行吹掃，未發(fā)現(xiàn)異常。檢查隔熱盤的回油孔存在堵塞的現(xiàn)象，經(jīng)檢查軸承及隔熱盤。不是造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度的原因。
　　4.7  檢查配合間隙
　　軸承與軸的配合間隙過小，造成軸承與軸之間的油膜厚度過小，致使軸承與軸頸產(chǎn)生邊緣摩擦，造成軸承溫度過高。經(jīng)檢查維修記錄，裝配尺寸符合規(guī)程要求。
　　4.8  密封氣的壓力調(diào)節(jié)不正確
　　為了防止油進(jìn)入到工藝氣體中，或工藝氣體和油接觸，在迷宮密封中間注入一股密封氣，密封氣的流量稍高于從密封中的泄漏量，密封氣的壓差為0.15MPa。另外，密封氣中不能含有重?zé)N，重?zé)N會(huì)造成潤(rùn)滑油粘度下降。經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常。
　　4.9  儀表軟件故障
　　從現(xiàn)場(chǎng)逐一排查，未找到膨脹機(jī)軸承溫度高的根源，檢查計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)儀表軟件故障所致，故障排除后，膨脹機(jī)運(yùn)行軸承溫度正常，參數(shù)見表2。 

　　表2 膨脹機(jī)組故障排除后的運(yùn)行參數(shù)

 
　　5　 結(jié)論 
　　膨脹機(jī)組是深冷站制冷系統(tǒng)的主要機(jī)組，要保證膨脹機(jī)組平穩(wěn)、高效運(yùn)行，降低故障頻率，就必需嚴(yán)格控制機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，保證機(jī)組在Z佳狀態(tài)下運(yùn)行，同時(shí)把好配件質(zhì)量關(guān)和維修質(zhì)量關(guān)，減少停車次數(shù)，避免損害膨脹機(jī)。