膨胀机轴承损坏事故的分析和处理

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摘要: 介绍齐鲁比欧西KDON-45000 /30000 型空分设备在事故跳车时，发生的一起膨胀机轴承损坏事故。分析事故发生的原因和采取的处理措施及其效果，阐述为避免类似事故再次发生的对策。
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1 膨胀机设计参数

    淄博齐鲁比欧西有限责任公司新建KDON-45000 /30000 型空分设备，于2008 年10 月底完成整套空分设备试车，11 月初开始试运行，2009 年4-5 月停车检修。自2009 年5 月16 日检修后开车至今，已稳定运行三年时间。

    膨胀机为引进产品，型号为ETB210MS，其设计参数见表1。

2 轴承损坏过程和现象

    某年11 月19 日03: 34，因电网晃电，导致液氧泵停车，进入高压板翅式换热器的冷量骤减，引起高压板翅式换热器温度升高，膨胀端进口温度升高( 最高至－ 80. 4 ℃) ，膨胀机进口压力升高( 最高至4. 47 MPa) 。03: 36 膨胀机增压端进口压力2. 84 MPa ( 设计压力2. 74 MPa) ，出口压力4. 52 MPa ( 设计压力4. 25 MPa) 。03: 38 膨胀机转速达到最高值( 23306 r /min) ，但未跳车( 转速跳车值为26335 r /min) ，随后相关参数均下降。

03: 53 膨胀端径向轴承温度突然从57. 88 ℃ 上升至197. 3 ℃，转速为19771 r /min，膨胀机因温度高而联锁停车( 跳车值110 ℃) ，期间径向轴承温度最高上升至206. 04 ℃。膨胀端止推轴承温度突然从62. 03 ℃ 上升至95. 97 ℃，转速5879 r /min。在此期间，回油油温从43. 36 ℃下降至42. 81 ℃、油压维持在289 kPa，微有波动。

    11 月20 日17: 36 和19: 52，两次启动膨胀机，均因膨胀端轴振动值高而联锁停车( 振动值分别为48. 79 μm 和48. 45 μm，联锁跳车值48 μm) ，只能加温检修膨胀机。拆检后发现膨胀端径向轴承磨损

严重，止推轴承磨损稍轻一点。更换径向轴承和止推轴承后膨胀机开车正常。

3 轴承损坏原因分析

3. 1 轴承与轴的间隙在低温状态下过小

由于对于轴承的温度监测只有瓦块的温度监测而没有轴承座温度的监测，即使是在轴承瓦块的温度达到允许开机温度时，轴承座的温度低也会造成间隙过小。在实际运行中，经过监测发现间隙压力比膨胀端密封气压力高20 kPa，而设计运行条件应为密封气压力比间隙压力高50 90 kPa。在用密封气减压阀输出压力为0. 05 1 MPa，而实际膨胀端的间隙压力为1. 55 MPa ( 设计值为1. 66 MPa) ，不能有效地密封而隔绝来自冷端的冷量。由于密封气压力与间隙压力出现负压差，冷量传递至轴承座上，使整个轴承收紧、轴承间隙变小，最终导致轴承损坏。膨胀机工艺流程如图1 所示。

在膨胀机开、停车时，转子振动大造成迷宫密封间隙增大，膨胀端的冷量泄漏增大，造成膨胀端密封气压力小于间隙压力，膨胀端的冷量泄漏，引起泄漏气管道结霜，如果温度低于－ 29 ℃，易使碳钢管道低温脆断。如果冷量传递给润滑油，引起润滑油性能下降，流动性差和油膜形成不好，造成润滑失效，最终引起膨胀端轴承损坏。

3. 2 低温气体泄漏，使润滑油黏度下降

由于迷宫密封间隙大和密封气压力低，低温气体泄漏至轴承处，造成润滑油黏度持续下降，当下降到极限值时，从量变到质变，轴承温度瞬间达到206 ℃，轴承烧坏。

4 预防措施

( 1) 增设轴承座温度测点，以解决因轴承座温度低而使轴承间隙减小的问题。

( 2) 尽量避免出现膨胀机紧急跳车状况。在正常运行过程中，膨胀机一旦发生事故跳车，应迅速关闭膨胀机增压端和膨胀端的出、入口阀，控制室及时调整高压板翅式换热器的负荷，控制膨胀机进口温度高于－ 120 ℃; 打开增压端后冷却器导淋阀，检查是否有水排出; 同时准备加热膨胀机。

( 3) 在ITCC 系统上增加膨胀机进口压力波动的高报警联锁，如果压力波动超过0. 25 MPa /min，立即降低膨胀机负荷，及时调整工况，避免在喘振区滞留。

( 4) 为进一步提高膨胀端进口温度的控制有效性，增加进口温度低报警信号( － 120 ℃) 和低联锁跳车功能( － 130 ℃) 。如果出现进口温度低且操作人员调整未果的情况，能够及时强制膨胀机跳车，阻止烧瓦事故发生。将膨胀端轴承温度高联锁跳车值由110 ℃改为90 ℃。

( 5) 膨胀机在冷启动时，泄漏气排放温度必须高于0 ℃，如低于0 ℃，则进行加温处理。严格监测膨胀端温度，保证轴承箱( 不仅仅是油温)温度高于20 ℃。

( 6) 膨胀机导气时严格按照操作规程进行，缓慢打开进口阀，使升压速率低于0. 2 MPa /min。待均压后，方能完全打开进口阀，避免出现膨胀机倒转的现象。

( 7 ) 将间隙压力PI64225、密封气压力PI64226、间隙和密封气压差PDCV64227 的监控点由现场引至ITCC 系统。膨胀机在冷启动时，检查膨胀侧密封气压力要大于间隙压力，如不能满足要求，及时调整密封气减压阀的输出压力。故障发生后，更换减压阀解决了间隙压力和密封气反差的问题，并调节到设计值( 50 90 kPa) 。

5 结束语

通过对膨胀机的轴承座增设温度测点、更换密封气减压阀和实施严格的冷态开车操作规程后，膨胀机近年来又经历了三次类似情况下的突然跳车和冷态开车的考验，各运行参数正常，各项指标均在设计范围内，为生产稳定和获取较高的经济效益做出了积极贡献。

作者：孙连杰 ( 淄博齐鲁比欧西气体有限责任公司

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