王 龙
(晋控金石化工集团有限公司石家庄循环化工园区分公司，河北 石家庄 050000)
晋控金石化工集团有限公司石家庄循环化工园区分公司一期180 kt/a合成氨装置设有1台离心式氨合成气压缩机(氢氮气压缩机)，型号为2BCL528+3BCL459，生产厂家为沈阳鼓风机(集团)有限公司；
其驱动汽轮机型号为HNK25/36，生产厂家为杭州汽轮机股份有限公司。自2014年5月30日一期180 kt/a合成氨装置投产以来，氨合成气压缩机组曾分别于2016年5月、2019年6月进行过周期性大修，2020年7月针对高压缸轴瓦温度测点频繁断线进行过瓦块改造，总体而言机组整体运行情况良好。2022年4月4日，氨合成气压缩机组重启，随着转速及压力的提高，机组部分测点数据偏高，严重影响机组的安全稳定运行及系统负荷的提升。针对上述异常现象，从工艺与设备方面不断进行原因分析与论证，制定检修方案，2022年4月16—20日系统停车对氨合成气压缩机组进行检修，解决了问题，实现了机组的稳定运行。以下对有关情况作一总结。
氨合成气压缩机，设计工艺氢气最高流量为65 000 m3/h(标态，下同)，设有低压缸和高压缸，低压缸出口压力6.426 MPa，高压缸出口压力14.88 MPa；
低压缸和高压缸分别设有4个径向轴瓦温度测点、4个推力瓦温度测点、4个轴振值测点、2个轴位移测点，其中，温度高限为105 ℃，轴振值高限为63.5 μm，轴位移高限为±0.5 mm。另外，氨合成气压缩机设有一路低压缸防喘振管线、一路高压缸防喘振管线以及循环段防喘振管线，起到调节机组负荷及防喘振的作用。
氨合成气压缩机组汽轮机额定转速11 485 r/min，额定蒸汽耗量42.8 t/h，入口蒸汽压力8.3～9.3 MPa，入口蒸汽温度500～540 ℃；
汽轮机设有2个径向轴瓦温度测点、4个推力瓦温度测点、4个轴振值测点以及1个轴位移测点，其中，温度高限为105 ℃，轴振值高限为42.4 μm，轴位移高限为±0.56 mm。
2022年4月4日05:26氨合成气压缩机组开车，06:00升至最低连续转速(SISA62963A)8 000 r/min，在机组升速期间随着转速及压力的提高，部分测点——汽轮机前径向轴瓦温度(TISA62961)、压缩机低压缸前径向瓦轴振值(VISA62934)、压缩机高压缸推力瓦温度(TISA62941、TISA62942)、压缩机高压缸轴位移(XISA62941、XISA62942)持续升高，开车期间不同阶段机组各测点数据变化情况见表1(注：XISA62941、XISA62942为正值代表轴向推力方向为高压端向低压端，为负值则代表轴向推力方向为低压端向高压端，不管是正值还是负值，在设计许可范围内均是正常的；
机组正常运行时，大部分轴向推力依靠平衡盘抵消，小部分轴向推力依靠推力瓦抵消)，且随着与氨合成系统的联通以及入口氢气流量的增大，甚至有时出现测点报警现象，导致生产负荷无法提升(2022年4月16日系统停车检修前工艺氢气最高流量约23 000 m3/h)，严重制约了合成氨装置的生产。
表1 开车期间不同阶段机组各测点数据变化情况
本次氨合成气压缩机组开车，在无负荷情况下，仅在升速、升压阶段就表现出了轴瓦温度、轴振值、轴位移增大的现象，故可排除工艺方面的因素，只考虑设备方面的原因。通过不断地分析与总结，针对当时存在的问题制定相应的检修计划，消除缺陷。
3.1 机组运行问题初步判断
(1)汽轮机前径向轴瓦温度(TISA62961)偏高，怀疑轴瓦及其间隙存在问题。
(2)速关阀关闭后，中控画面显示“未全关”，且现场拉杆处显示未到位，表明汽轮机速关阀关不到位，不满足盘车油泵启动条件，导致停机后无法投用电动盘车。
(3)压缩机低压缸前径向瓦轴振值(VISA62934)偏高，怀疑汽轮机与压缩机低压缸转子叠片挠性联轴器不是原套部件，且转子存在不平衡现象。
(4)压缩机高压缸轴位移(XISA62941、XISA62942)偏高，轴向力偏大，怀疑级间密封、平衡盘密封、轴端密封有磨损。
(5)压缩机高压缸推力瓦温度(TISA62941、TISA62942)偏高，怀疑轴瓦及其间隙存在问题，同时高压缸级间密封存在泄漏。
(6)怀疑压缩机低压缸转子连接高压缸转子叠片挠性联轴器不是原套部件。
3.2 机组当期检修措施
(1)拆开汽轮机前、后轴瓦进行检查，必要时进行更换。
(2)汽轮机停车后进行速关阀检查处理。
(3)检查并调整汽轮机连接压缩机低压缸转子的叠片挠性联轴器，更换为原套部件，视机组开车进度情况，低压缸转子现场做动平衡。
(4)抽出高压缸转子，更换高压缸级间密封、平衡盘密封、轴端密封；
压缩机高压缸转子新安装盘和备用高压缸转子一起送沈阳鼓风机(集团)有限公司做动平衡，更换高压缸转子。
(5)更换压缩机高压缸推力瓦块，视实际情况更换高压缸径向瓦块，调整高压缸推力瓦间隙至标准值0.25～0.35 mm。
(6)检查并调整压缩机低压缸连接高压缸转子的叠片挠性联轴器，更换为原套部件。
受所需检修备件到货时间的限制，为保证此期间氨合成气压缩机组安全运转及维持合成氨生产线的运行，据实际工况制定工艺应急操作措施下发至岗位。例如：机组调整负荷时切记一定要缓慢进行，无特殊情况下遵循每10 min转速升降不超过100 r/min，每10 min压力升降不超过0.1 MPa，同时现场再三确认低压缸防喘振、高压缸防喘振、循环段防喘振旁路手动切断阀处于关死状态，以降低机组的隐形负荷，确保新鲜气顺利补入；
适当降低润滑油温度及压力，等等。采取上述措施及不断进行调整与尝试后，氨合成气压缩机组所能承受的最高转速为10 350 r/min，工艺氢气量约23 000 m3/h，高压缸出口压力约10.0 MPa，远低于设计负荷。
2022年4月16日，随着检修备件的陆续到来，当日11:58氨合成气压缩机组停车，全面进入检修阶段，并于当日15:00工艺气系统全部氮气置换合格，当日17:00完成盲板有效隔绝，机组交付检修。
5.1 汽轮机瓦块检查
拆检汽轮机前/后径向轴瓦及推力瓦，发现前/后径向轴瓦下瓦有磨损及偏磨，由此会导致轴瓦温度偏高，故更换上述4块瓦块。另外，测量发现汽轮机前径向轴承间隙为0.17 mm、后径向轴承间隙为0.22 mm、推力瓦间隙为0.30 mm，对汽轮机前轴承箱端盖处进行打表，并用合像水平仪对轴头进行测量，发现转子有扬度(5.8 mm/1 000 mm)，表明汽轮机推力轴承支座处需调整垫片，于是将汽轮机前轴承座东侧垫片磨去0.20 mm、西侧加垫片0.20 mm，瓦座左/右侧垫片外端磨去0.25 mm、内端磨去0.10 mm，调整后垫片厚度外端为9.75 mm、中间为9.85 mm、内侧为9.95 mm，随后回装；
调整后，轴与端盖垂直度右侧差0.02 mm、同心度下端差0.04 mm，于是将汽轮机前轴承箱底座(中间)下的2块垫铁移除，并清理底座下方异物，同时调整转子至汽缸的中心，前径向瓦座东侧去垫0.35 mm、西侧加垫0.35 mm、下端去垫0.20 mm，调整后转子偏西侧0.10 mm。此外，在此期间将油挡拆下清理，回装并调整油挡间隙为0.20 mm。
5.2 压缩机瓦块检查
拆检压缩机低压缸前/后径向轴瓦及推力瓦，发现前/后径向轴瓦及推力瓦均磨损严重，同时测量瓦块厚度超差。于是，更换全部前/后径向轴瓦及推力瓦。另外，因测量推力瓦间隙较大(0.49 mm)，故在主推力瓦上加0.15 mm铜皮，调整后推力瓦间隙为0.29 mm。
拆检压缩机高压缸前/后径向轴瓦及推力瓦，发现主推力瓦磨损严重、径向轴瓦正常，更换高压缸主推力瓦，并调整推力瓦间隙为0.30 mm。
5.3 高压缸关联密封检查及更换
(1)将压缩机高压缸内缸抽出放置于枕木上，将内缸O型密封圈及防压垫片取下，发现内缸O型密封圈已老化碳化，表观为橡胶变硬且脆、无弹性韧性，完全达不到密封效果，于是更换O型密封圈及防压垫片。
(2)打开上缸，将压缩机高压缸转子吊出放置于转子支架上，查看内缸下缸中分面密封胶条，发现与内缸O型圈存在同样的老化碳化问题。于是，拆卸内缸上、下缸的轴套密封(材质PEEK)及叶轮口环密封(材质PEEK)，并用压缩空气对缸体及隔板间进行吹扫清理。清理结束后，于2022年4月17日03:00安装新的轴套密封及叶轮口环密封，当日07:07完成全部安装；
当日08:10将内缸的上、下缸扣缸，然后上销子及中分面螺栓；
当日08:15抬轴用百分表测量密封间隙，发现密封间隙较小，分析发现隔板紧固螺栓预紧力不够，用扳手进行紧固；
当日08:45进行第二次扣缸，由于口环贴胶带、轴套压铅丝，未能测出密封间隙数据，后经反复试扣，并对PEEK密封齿进行刮磨等以调整其与转子间的密封间隙，最终调整轴套密封间隙为0.41～0.45 mm、口环密封间隙为0.37～0.41 mm，测量轴套密封刮磨后与未刮磨时相差约0.15～0.20 mm，随后安装中分面密封胶条。
5.4 高压缸更换新转子及轴端密封间隙调整
本次停车检修更换了压缩机高压缸转子，安装缸体O型密封圈、防压垫片及高压缸高/低压侧轴端密封，期间因测量新轴端密封与轴间隙为0.20 mm，较设计间隙小，故对两侧轴端密封齿进行车削加工，将平衡盘密封间隙调整为0.50 mm、前轴端密封间隙调整为0.40 mm、后轴端密封间隙调整为0.30 mm，以满足设计要求。间隙调整结束后，2022年4月17日22:35开始回装内缸，当日23:35完成内缸回装，随后回装端盖螺栓，并用液压扳手进行紧固。
5.5 联轴器更换及找正
经检查，汽轮机与压缩机低压缸联轴器、压缩机低压缸与高压缸联轴器非原套部件，本次检修进行调整更换。更换后汽轮机与压缩机低压缸联轴器为旧型联轴器，型号为TGD6-1800-00T47(ZJ)H1131；
因本次检修更换了高压缸转子，故压缩机低压缸与高压缸联轴器采用新型联轴器，型号为TDS6-1500-00T18(ZJ)H1131，并用找正仪器对这两处联轴器进行找正。按照有关设计值，汽轮机与压缩机低压缸转子联轴器安装不加调整垫法兰面间距设计值为739.8 mm，允许偏差为0.5～1.0 mm，实际冷态测量间距为741.3 mm，其偏差值为741.3-739.8-(0.5～1.0)=0.5～1.0 mm，最终确定增加0.8 mm厚(2个0.4 mm)的调整垫；
压缩机低压缸与高压缸转子联轴器不加调整垫法兰面间距设计值为835.4 mm，实际冷态测量间距为837.7 mm，允许偏差为1.0 mm，其偏差值为837.7-835.4-1.0=1.3 mm，最终确定增加1.2 mm厚(3个0.4 mm)的调整垫。
调整完毕，对汽轮机与压缩机低压缸进行找正，由于停机前检测汽轮机热膨胀量比压缩机低压缸多0.6 mm，因此找正时将汽轮机相较于压缩机低压缸调高0.3 mm、相较于找正曲线高0.25 mm；
对压缩机高/低压缸进行找正时，经计算，高压缸驱动端加支座调整垫0.925 mm、非驱动端加调整垫1.535 mm，最终低压缸及高压缸找正于2022年4月20日02:58完成，当日08:00全部回装工作结束，机组检修完成。
2022年4月20日11:08，氨合成气压缩机组重启，升速期间汽轮机前径向轴瓦温度(TISA62961)、压缩机低压缸前径向瓦轴振值(VISA62934)、压缩机高压缸推力瓦温度(TISA62941、TISA62942)、压缩机高压缸轴位移(XISA62941、XISA62942)均无异常，数据稳定；
当日11:30机组空负荷升至最低连续转速8 000 r/min时，TISA62961在75 ℃以下，VISA62934在21 μm左右，TISA62941、TISA62942在55 ℃左右，XISA62941、XISA62942分别为-0.01 mm、-0.06 mm，机组运行状况明显好转，随后氨合成气压缩机组与氨合成系统联通，配合氨合成塔升温要求补入新鲜气；
当日19:19氨合成系统运行正常，之后氨合成气压缩机进行加量，验证机组的检修效果。
氨合成气压缩机组检修前(2022年4月14日)与检修后(2022年4月30日—5月1日)相关运行数据的对比见表2。可以看出，本次检修后，机组运行状态良好，入口工艺氢气量可达到现阶段的满量61 000 m3/h，且各测点数值处于偏低且平稳的状态，消除了之前的各种缺陷和问题，满足了系统生产负荷方面的要求，达到了预期的检修效果。
表2 氨合成气压缩机组检修前(2022年4月14日)与检修后(2022年4月30日—5月1日)相关运行数据的对比
综合分析，晋控金石化工集团有限公司石家庄循环化工园区分公司本次氨合成气压缩机组出现问题的主要原因在于高压缸级间密封、平衡盘密封、轴端密封、转子密封间隙以及联轴器不匹配等，由于当时有关备件准备不到位，导致系统不得不较长时间维持低负荷运行，造成了较大的经济损失。因此，应在机组周期性检修阶段做好有关备件的准备工作，以利机组的检修维护，避免较长时间影响系统正常生产。
氨合成气压缩机组属合成氨装置的关键运转设备，其运行状态的好坏直接关系到合成氨的产量，并制约前后工序的生产负荷。随着机组服役时间的延长、系统负荷的调整、公用工程介质夹带杂质以及机组自身密封或连接元件发生故障等，氨合成气压缩机组可能出现各种各样的问题。为此，我们需不断对异常参数及现象进行总结与分析，加强系统生产管理，做好设备运行维护工作，并通过正确的检修方式消除生产运行中的缺陷或问题，实现机组的稳定运行，保障系统的安、稳、长、满、优运行。
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