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作者 阳利锋。 作者简介 阳利锋，男，1979年出生，本科学历，工程师，2006年毕业于湖南大学机电一体化工程专业，现在中石化湖南石油化工有限公司从事设备管理工作。 摘要 从合成气压缩机机组运行趋势、鼓形齿式联轴器结构特点、检修过程质量控制、汽轮机机组热膨胀特性等方面，分析鼓形齿式联轴器安装问题造成汽轮机轴向位移负增长的原因，制定相应处理措施，并修订完善检修作业指导书。 关键词 合成气压缩机 轴向位移 鼓形齿式联轴器 隔套窜量 轮毂端面间隙 热膨胀 1机组概况 中石化湖南石油化工有限公司煤化工装置始建于1974年，设计产能为30万吨／年合成氨和52万吨／年尿素。该厂于1979年11月建成投产，历经1988年、1996年、2006年3次扩能和原料路线改造，合成氨产能逐步提升至43.5万吨／年。2014年进行产业结构调整，关停尿素装置，主导产品转型为液氨和工业氢气，外销液氨并向其他装置和中国石化长岭分公司供氢。 合成气压缩机机组为合成氨装置关键机组，由高压汽轮机、中压汽轮机、高压缸、低压缸组成，运行时由高压汽轮机和中压汽轮机同时驱动，其机组轴系见图1。高压汽轮机为冲动背压式，中压汽轮机为冲动冷凝式，高压缸、低压缸均为垂直部分筒形结构离心压缩机。  2故障发生经过 2019年2月20日，煤化工装置进行停工检修，合成气压缩机机组（103J）检修内容有：中压汽轮机（103JBT）和高压缸（103JHP）常规大修；高压汽轮机（103JAT）和低压缸（103JLP）轴瓦检查。3月4日煤化工装置开车，12:00气化炉投煤，3月5日4:40向合成氨装置引合成气，103J开始升速暖机，合成回路开车。在一阶暖机转速1500r／min时，103JBT轴向位移向副推力瓦方向不断增长（设定转子正常工作位置即推力盘与主推力瓦接触时轴位移为零，向推力方向为正值，向推力反方向为负值）。经过3次冲转约半小时观察，轴位移一直未停止增长，仪表已检查确认显示值真实有效。在原因未查明的情况下，为避免副推力瓦巴氏合金完全磨损而造成重大设备事故，决定停机，分析原因并检查处理，当时最大轴向位移达到-0.915mm（-0.378mm亮黄灯报警，-0.454mm亮红灯报警）。 3原因分析 3.1初步分析与检查 轴向位移向副推力瓦方向持续增长，说明转子在向推力反方向，即向进汽端移动，对于汽轮机来说这种现象极为少见。经故障专题会初步分析，103JAT与103JBT两转子轴头间距偏小，高、中压汽轮机在升温膨胀过程中，两轴头相碰致103JBT转子被推向副推力瓦方向的可能性较大。 经停机拆检发现，半热态下103JAT与103JBT相连的联轴器中间接筒轴向窜量缩小到0.5mm（检修时冷态数据为4.18mm），此时103JBT推力盘仍在副推力瓦位置，ITCC系统轴位移显示为-0.915mm），因此证实了上述判断，测量副推力瓦厚度，巴氏合金已磨损0.67mm，与仪表计算值相符，磨损情况见图2。  3.2深层次分析 3.2.1联轴器结构 该联轴器为鼓形齿式联轴器，由压力油强制润滑，轮毂采用无键液压拆装方式，联轴器结构见图3。  3.2.2联轴器安装技术要求 依照《石油化工设备维护检修规程：第5册：化肥设备》[1]及《103J合成气压缩机组作业指导书》要求，该联轴器安装需满足：①两侧轮毂推进量均为（8.738±0.380）mm；②隔套窜量3~5mm。隔套窜量是指联轴器安装到位后，左右拨动中间接筒，所测得的轴向窜量。隔套窜量用来消除机组间热膨胀间隙，使联轴器在设计位置正常啮合传递扭距。 从图3可以看出，当轴头距离为333.2mm时，隔套窜量应为4.6mm，即2个内齿圈与轮毂轴向间隙之和。当隔套窜量超出标准范围，则需通过加减垫片来调整，若仍不能满足要求，则需要重新调整机组位置，使两转子轴头距离接近设计值（333.2mm），从而改变隔套窜量。 3.2.3检修数据分析 此次检修更换了103JBT的转子、联轴器、部分汽封、径向轴承、推力轴承及支架，对检修前、后数据进行对比分析：两转子轴头间距333.3mm，标准为333.2mm；两轮毂推进量均在（8.738±0.380）mm标准范围内；联轴器中间接筒隔套窜量为4.18mm，标准为3.00~5.00mm，因而认为检修数据均合格。 但对现场数据复核发现两边轮毂安装轴凹发生了变化：103JBT侧检修前轴凹为0.24mm，而检修后为3.90mm；103JAT侧检修前轴凹为0.82mm，而检修后为1.60mm。这说明了轮毂的初装位置发生了较大的变化，使轮毂与中间接筒间隙减少了4.44mm。 从图3可以看出，当轴头距离为333.2mm，且轴头与轮毂端面齐平时，轮毂端面与中间接筒间隙设计为9.6mm。经计算，实际轮毂端面与中间接筒间隙为4.2mm，远小于设计值9.6mm。进一步测量发现，引起轮毂初装位置变化的原因是更换的转子锥形轴颈进行的修复，导致其小头直径稍有变大。 3.2.4热膨胀影响分析 103JAT和103JBT机座的锚点均在左侧，缸体受热膨胀后均带着转子一起向右延伸，两转子的轴头间距也会减小，如果预留间隙不够就会造成轴头相碰，从而推动转子向副推力瓦方向移动。另从图3可以看出，该联轴器轮毂端头外径大于中间接筒内径，膨胀后相碰点应是轮毂端面，而不是轴头，图上标示的间距也是两轮毂端面距离，设计值为9.6mm。103JAT改造后，蒸汽温度由440℃提高到520℃温度，膨胀量修正值为7.0mm，此次检修轮毂与中间接筒间隙为4.2mm，小于7.0mm，故热态下会相碰。 3.2.5疑点分析 1）2根轴轴头靠近时中间接筒轴向窜量应是增大，而实际却是变小。 从联轴器结构可以看出，外齿圈与轮毂为反扣式连接，一般认为，轴头距离缩小，则轴向窜量会增大。但其量是受轮毂端面与中间接筒间隙影响的。这里假设内齿圈与轮毂轴向间隙（即隔套窜量）为A，轮毂端面与中间接筒间隙为B，当轴头距离缩小时，A会增大，B会缩小；当轴头距离缩小到一定程度，拨动中间接筒测量隔套窜量时，中间接筒会与轮毂端面相碰受阻，测得的数据实为B值。此次检修测得的轴向窜量就是此值。 2）机组升速暖机时，从机身联轴器护罩测得相对位移量只有3.80mm，小于中间接筒轴向窜量4.18mm，但仍相碰。 从图1可以看出，103JAT机身的膨胀会带动其转子向103JBT移动外，两机组的转子自身也会膨胀伸长，103JBT的推力轴承在右侧，因转子膨胀系数比缸体大且较缸体先受热膨胀，从而使103JBT转子向103JAT转子相对移动，所以从机身测得的相对位移量3.80mm虽然小于中间接筒轴向窜量4.18mm，但实际上2根转子的相对位移量已超过4.18mm，所以中间接筒与轮毂端面仍会相碰。 4处理方法 临时采用切割轮毂端面的方法，将轮毂间距从4.18mm调整到7.12mm，计算冷态下隔套窜量在4.6mm左右，均符合标准要求。机组回装、对中后，再次开车，运行正常，各参数均在标准范围内，问题得到解决。待下次停车检修更换转子和联轴器，并激光修复转子轴颈。 5结束语 1）引起103JBT机组轴向位移负增长的根本原因是此次检修更换103JBT的转子后，轴颈增大和原轮毂塑性变形，造成轮毂安装位置发生改变，使轮毂间距减少至小于热膨胀量，导致机组受热膨胀后两轮毂相碰，从而引起轴向位移负增长，磨损副推力瓦。 2）修订完善检修作业指导书，增加了对联轴器轮毂间距的要求：在安装联轴器时首先保证联轴器轮毂间距大于7mm，再保证联轴器隔套窜量控制在标准范围。 3）机组受热膨胀时机身相对位移不代表转子的相对位移，转子的相对位移值以设计计算为准，工艺温度发生变更时应根据温差、机组及转子的膨胀系数重新计算转子的相对位移值，并修正轮毂间距标准。 参考文献 [1] 中国石油化工集团有限公司，中国石油化工股份有限 公司. 石油化工设备维护检修规程：第5册：化肥设备[M]. 北京：中国石化出版社，2014：518-521. 本篇文章发表于《大氮肥》2024年第1期。 |
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