甄延明

（中国石油辽阳石化分公司，辽宁辽阳 111003）

0 前言

硝酸四合一机组是双加压法硝酸生产工艺的核心设备，由蒸汽透平、氧化氮压缩机、二级减速机、空气压缩机、尾气透平组成，其中蒸汽透平和尾气透平为供能设备，氧化氮压缩机和空气压缩机为耗能设备，本文以中国石油辽阳石化分公司11.66万t/a硝酸装置四合一机组为例，总结分析各类问题的原因并提出对策，为硝酸装置四合一机组的优化运行及检修和维修工作提供经验。

1 已解决的问题及机组运行现况

辽阳石化分公司11.66万t/a硝酸装置四合一机组，自2004年11月开车以来已运行12 a，在开车之初的2年内经历非计划停车30余次，针对造成非计划停车的各类问题已进行过改进，问题及改进措施有6各方面。

（1）蒸汽透平和尾气透平2台供能设备，无法满足氧化氮压缩机和空气压缩机在设计工况下正常运行，导致空气压缩机运行工况效率较低，相对耗能较大。,采取的措施为摘掉空气压缩机最后一级动叶，在满足装置满负荷运行及开车工况的前提下，空气压缩机效率提高3%～5%，减少耗能约200 kW。保证了氧化氮压缩机和空气压缩机在设计工况下正常运行。

（2）氧化氮压缩机中分面加工精度不够，上下中分面间隙在0.03～0.5 mm，高压端由于热变形等原因，最大间隙值达到0.5 mm，导致中分面频繁泄漏。采取的措施为在上中分面开一圈4.5 mm×4 mm的沟槽，内镶直径5.8 mm的氟23密封胶条，中分面采用耐高温且耐腐蚀的硅酮树脂密封胶，螺栓采用液压扳手紧固，使紧力均匀且达到密封要求，解决了氧化氮压缩机的泄漏问题。

（3）空气压缩机轴瓦和减速机轴瓦温度偏高造成机组多次停车。所采取的措施为将轴瓦间隙值调整为标准值上限，调整瓦口油封片间隙，增大润滑油流量，更多的带走轴承热量，调整底瓦的安装高度，保证转子对中值及运行位置。处理后轴瓦运行温度均＜80℃。

（4）机组联锁设定不合理，由于单点温度或振值偏高导致停车，后经分析确定单点温度或振值偏高并不能代表机组处于必须停车的状态，有时可能出现探头故障导致的假值。所采取的措施为将每块轴瓦的瓦温及每点的轴振动联锁改为2取2，并将压缩机喘振保护系统与联锁停车系统剥离，修改完善PLC中的逻辑关系。避免了由于联锁设定不合理而造成的频繁停车。

（5）轴承箱油封漏油及由于氧化氮气体渗漏造成的润滑油变色、酸值增高，且长时间运行会对氧化氮压缩机联轴器M6螺栓造成腐蚀。所采取的措施为在轴承箱每组油封第二道油封片处引入氮气并改变第二道油封片的刃角方向，对轴承箱做微氮保护，防止油封漏油及氧化氮气体渗入轴承箱，另一方面在氧化氮压缩机两端引入两级密封气（一级为一次空气，二级为公用风），防止氧化氮气体外漏。实施后取得较好的效果。

（6）蒸汽透平真空度建立困难，真空度偏低，严重影响机组的正常开车与运行。采取的措施为将原来的三级低压喷射器改为三级中压喷射器，提高抽气效率，另一方面在破真空阀低点排凝管线上加阀门，防止从破真空阀排凝管线漏气影响机组真空度。实施后彻底解决了影响机组运行的真空度问题。

现在从实际运行情况来看，本套四合一机组运行较为平稳，并连续创造了国产硝酸四合一机组超百天平稳运行的记录，但机组经过十几年的运行及机组固有因素，在机组的运行及检修过程中又有新问题出现。

2 新的问题原因及分析

2.1 运行中的问题

（1）开车过程中曾出现蒸汽透平主汽门开启后，瞬间达到最大开度，四合一机组转速迅速升高，完全不受505控制系统的升速逻辑控制，采取打闸停车措施，但速关油卸掉后又迅速建立起来，主汽门开度又达到最大，后采取扳住打闸停车扳手，保持卸掉速关油的状态，迅速手动关闭主蒸汽阀，才避免飞车的发生。

分析原因后发现，由于主蒸汽阀零点滞后于电液转换器的电信号零点及润滑油含微小颗粒杂质，造成505控制系统发出升速信号后主汽门未及时打开，反馈的转速为零，控制系统会不断加电信号一直到100%开度对应的电信号，机组主汽门会迅速达到最大开度，当机组升速速度需要降低关小主汽门时，由于电液转换器阀芯受杂质阻塞，造成二次油压无法降低，主汽门维持最大开度状态，速关油无法卸掉，速关阀无法关闭。

（2）氧化氮压缩机高压端螺帽处出现氮氧化物气体泄漏，后将泄漏处螺帽上孔封堵避免泄漏，但不久后气体会从中分面螺栓与下壳体螺纹连接处漏出，对现场环境及员工的人身安全造成一定的影响。

检修时发现氮氧化物泄漏的原因为4.5 mm×4 mm的沟槽未将平衡盘外侧的平衡腔包含在内，此腔体通过平衡管与入口相连，其内部压力为氧化氮压缩机入口压力0.3 MPa，出口氧化氮气体温度在196℃，加之壳体密封面不平等原因，气体便会从平衡腔窜入螺栓孔处造成泄漏。

（3）空气压缩机止推轴承主推侧瓦块磨损严重，磨损量≥0.4 mm，运行中单点温度高达106℃，已达到报警值，后更换几次主推侧瓦块，满负荷情况下运行周期仅为100 d，制约着机组的长周期运行，止推瓦块也成为易损件，增加运行成本。

由于轴流压缩机转子经过前期的改造，尾气透平静叶轴承漏气量减少，造成空气压缩机与尾气透平轴向力平衡不好，推力盘表面磨损造成平整度达不到要求，且无法在现场人工处理，致使空气压缩机主推侧轴向力偏大，瓦块表面形成的油楔无法承受巨大的轴向力造成轴承瓦块磨损，随着磨损的加剧，无法形成具有承载力的油契，仅可形成普通润滑油膜，磨损会进一步加剧，瓦温升高速度会进一步加快。

（4）尾气透平排气温度升高，由起初的140℃升高到160℃，工作效率下降，热能回收减少，导致蒸汽透平耗汽量增加。由于尾气透平第一级静叶为可调静叶，其静叶轴承为石墨轴承，在360℃以上的高温大流量尾气中工作，寿命严重缩短，内部石墨全部脱落，造成漏气量增加，工作效率严重下降。

2.2 检修中的问题及原因分析

（1）在氧化氮压缩机更换径向轴瓦的检修过程中，曾出现过开车时盘车电机过载跳闸，开车后高压端氧化氮气体出现严重泄漏的现象。原因分析：更换氧化氮压缩机两端径向瓦时并未对氧化氮压缩机揭盖检修，更换径向瓦后转子的实际位置无法确定，造成支撑瓦下沉，转子高压端平衡盘气封片及轴端气封片与下壳体接触，气封片损坏严重导致氧化氮气体严重泄漏。

（2）在尾气透平的检修过程中，发现静叶承缸底部与动叶发生碰磨，后将静叶承缸装配高度降低0.2 mm解决了碰磨问题。高压端径向瓦经几次更换瓦块后，发现每次都会出现下瓦块及轴承箱下油封片磨损严重的现象，且运行初期温度较高，运行后期伴随着油封漏油及径向瓦润滑油量增加的现象。

由于尾气透平转子与空气压缩机转子为刚性联轴器连接，且尾气透平高压端径向轴承支座为静态支座（与机体分离，不随机组壳体温升而向上浮动），而空气压缩机高压端径向轴承支座与机壳连接，随机组壳体温升而向上浮动，但按厂家提供的冷态找正曲线（尾气透平转子比空气压缩机转子在竖直方向上高出0.18 mm）安装找正后，运行过程中空气压缩机径向瓦支座上浮量并未达到0.18 mm，造成原本2块瓦承受的转子重量完全由尾气透平高压端径向瓦单独承受，油膜无法正常形成，瓦面巴氏合金被均匀磨掉，尾气透平高压端转子下沉，静叶承缸底部与动叶轻微碰磨，下油封片磨损上油封片间隙增大导致漏油，径向瓦瓦口下油封片磨损上油封片间隙增大，导致润滑油量增加。

3 针对新问题采取的措施

3.1 运行中的问题解决措施

（1）针对开车过程中主蒸汽阀开度无法控制的问题采取2项措施。①保证润滑油无杂质，机组检修时采取用面粘等措施清理轴承箱内杂物，避免检修过程中对润滑油造成的污染，油过滤器压差高时及时更换有过滤器滤芯，定期启动滤油机清除润滑油中杂质，保证润滑油的质量。②在机组开车前对蒸汽透平调速系统进行联校，保证电液转换器电信号和二次油信号及主汽门开度呈线性对应关系，避免主蒸汽阀零点偏离电液转换器电信号零点，电信号、二次油压力、主汽门开度对应关系见表1。

表1 电信号、二次油压力和主汽门开度对应关系

（2）针对氧化氮压缩机中分面高压端出现泄漏的问题，在条件允许的情况下可将上壳体4.5 mm×4 mm的沟槽向外侧延伸，将平衡盘外侧的平衡腔包含在内，可从根本上解决泄漏问题，但由于条件限制，此措施还未实施，现阶段采取的措施是保证高压端胶层的厚度及固化效果，保证螺栓的紧力均匀且中分面密封胶被均匀挤出，从而保证密封效果。

（3）针对空气压缩机止推轴承主推侧瓦块磨损严重的问题，在条件允许的情况下首先应对机组进行相应改造，使空气压缩机和尾气透平的轴向力能够大部分抵消，减少作用在止推轴承上的轴向力。另一方面对推力盘进行处理或更换，改善止推轴承的工作环境，有效延长止推轴承寿命。但由于条件限制，现阶段只能采取定期更换止推瓦块，操作上严格控制机组负荷和润滑油温度，从而控制轴向力不至于过大。在保证转子振值稳定的前提下，按35℃左右的下限温度来控制润滑油温度，从而保持油膜厚度降低轴瓦温度，减少瓦块的磨损，延长轴承使用寿命。

（4）针对尾气透平工作效率下降，排气温度不达标的问题，条件允许的情况下可对尾气透平进行改造，在级间增加梳齿密封控制各级漏气量，提高工作效率。由于条件受限，现阶段所能采取的措施，只是对调节级的32套静叶轴承及密封O形环进行更换，静叶轴承采用密封性及使用寿命更好的陶瓷轴承，密封O形环采用更耐老化和更耐高温的氟Viton材料，从根本上解决调节级漏气的问题，降低了排气温度，热回收率提高。现排气温度由160℃降到140℃，进排气温差可达到210℃，蒸汽透平节汽达0.5 t/h以上，吸收塔内吸收压力提高0.3 MPa以上。

3.2 检修中的问题解决措施

（1）针对机组不开盖更换径向轴承无法确定转子实际位置，容易造成动、静部件碰磨的现象，现机组检修不开盖更换两侧或单侧径向瓦时采取的措施为，首先将上半轴承体拆掉，用百分表记录轴的原始位置读数，然后安装抬轴器，轻轻提起表针，用抬轴器将轴抬起，取出旧轴承的下半轴承体安装新轴承的下半轴承体，落轴并轻轻放下表针，记录轴的新位置读数，比较2次的读数从而判断新轴承下半轴承体瓦背调整块高度调整值，保证转子检前检后状态一致，既减少了工作量，又保证了检修质量。

（2）针对尾气透平静叶承缸底部与动叶发生碰磨，高压端油封下油封片磨损及径向轴承下半轴承瓦块磨损的现象，究其根本原因是厂家提供的冷态找正曲线不够精准，机组的实际运行找正曲线，要根据实际运行情况进行调整，根据实际运行情况及尾气透平各部位磨损情况及磨损值，测算尾气透平转子对轮比空气压缩机转子对轮在竖直方向上高出的值应＜0.18 mm，本套机组实际值在0.05 mm。考虑到尾气透平静叶承缸已下调0.2 mm，入口端径向下瓦已磨损到配合尺寸，运行时不再出现瓦温高的现象，虽然实测间隙值超标，但根据实际运行情况，不对其进行更换调整，尾气透平与空气压缩机对中值也未做整体调整（入口端径向下瓦磨损后已达到比较好的对中状态）。现采取的措施是对油封体上油封片及径向瓦瓦口的上油封片进行研磨并重新与轴研配，使其与轴配合尺寸符合标准，避免油封漏油及轴瓦润滑油量过大。若更换新径向轴承时，可依照3.2（1）中方法来调整安装新径向轴承，从而保证转子的对中状态及轴与轴承的配合精度。

4 结语

中国石油辽阳石化分公司11.66万t/a硝酸装置四合一机组运行现况及存在问题，对机组开车之初、机组后期运行及机组日常检修时所出现的问题进行深入分析，并提出有效对策，对本套及同类四合一机组的运行及维修提供经验，在保证四合一机组的长周期运行及高效检修等方面价值极高。