孔 勇

（中国石油乌鲁木齐石化公司检维修中心，新疆乌鲁木齐 830019）

1 概述及问题的提出

化肥厂一合成车间4111K2氮气压缩机与化肥厂二尿素车间102J二氧化碳压缩机是两台冷凝式蒸汽透平驱动离心式压缩机组，在2019年3月4111K2机组由于低压缸定期中修，检查轴瓦，检修中发现推力瓦块出现大小不规则凹坑，严重的瓦块巴氏合金与瓦块金属基剥离，推力盘外圆面也有似金属喷砂后痕迹。

相似情况在2012年7月102J检修中发现压缩机高、低压缸之间增速及轴系4处及轴瓦出现了类似的现象和问题。上述两台机组轴系和轴瓦出现的现象对于机组的安全运行是极大的隐患，而对此现象的消除和故障彻底解决，现象产生的原因分析尤为重要。

2 原因的分析2.1 定性分析

从检修中更换下的瓦块损坏的现象和轴系表现的情况，与酸腐蚀和化学腐蚀造成情况非常接近，但是实际上故障部位工作中接触的是润滑油，不存在酸腐蚀和化学腐蚀的条件。而且损坏部位瓦块上的凹坑表现出了以下明显的特征：①凹坑底部成圆形，外表光泽；②凹坑出现在瓦块与轴系接触部位；③轴与轴承接触部位表面像喷过沙一样。成银灰色，失去金属表面的光泽。见表1。通过查阅资料，确定损伤部位表现的特征与电火花放电造成的凹坑特征吻合，推力瓦块出现的损伤是多次电火花放电造成凹坑的重叠，所以排除了酸腐蚀与化学腐蚀的可能，确定故障由轴电流放电形成电火花造成。

表1 两种凹坑特征对比表

2.2 轴电流的形成原因和类型

轴电流的形成除了外部对转子施加一定的电位之外，大多数是由于以下几种因素感应而产生：

（1）轴的磁化效应。转子由于焊接、摩擦、碰撞以及电涡流装置均可能使设备带有磁性，并建立起磁场旋转磁场切割导体会在这些零件内感应起一定电位。当电位升高到足以击穿油膜时，就形成电流回路。这种电流回路可能穿过整个转子，也可能仅在轴承中或浮环密封中形成局部短路电流，轴承或浮环中的短路电流又会产生新的磁场，磁化转轴或其他零件。因此，这种磁电相互转换，会在机组内部形成很强的磁场，出现带电现象，最终形成对地电位；

（2）对于蒸汽透平–压缩机组，由于水蒸气粒子碰撞与摩擦造成静电效应。高温蒸汽温度降低时会发生正负电荷分离，随着蒸汽冲击叶片，电荷就积聚到转轴上，水蒸气粒子对转子叶片的碰撞和摩擦将使转子产生静电效应而带电，形成轴电位。这种情况在冷凝式蒸汽透平由于末几级中湿含量很高表现得尤为突出，本文概述中问题设备驱动透平形式为冷凝式，而在背压式蒸汽透平中较少发生[2]；

（3）离心压缩机和蒸汽透平转子工作时也可能因润滑油引起带电，当润滑油通过过滤网时，由于滤网的通路很小， 油分子和滤网的摩擦会导致分子带电，由于润滑油基本上是非导电介质，在通过相当长时间的接地管路之后，油分子仍能保持带电，并把电荷转移到被润滑的轴颈表面和止推盘表面而产生轴电位。

2.3 轴电流对机组的危害

机组在运行过程中动静部件通过轴颈与轴承处的油膜隔开通过油膜与静止部分绝缘，即整个转子由于第二部分所述三种电位的存在，使得转子存在对地电压，当对地电压升高的某一数值，就会在电阻最小的区域击穿，从而发生电火花放电，而在我们使用的机组中这些区域就是轴承的承载面、齿式联轴器的工作面、浮环密封面。直接造成以下后果：①径向轴承巴氏合金凹坑，轴颈光洁度下降，使得承载润滑油膜不稳定，诱发高速运转子产生油膜涡动使得转子系统不稳定，使得油膜电阻下降，进一步加剧了电火花放电，最终使轴承失效，转子受损。②润滑的金属微粒进入润滑油，污染润滑油，使得润滑油膜电阻下降，加速电火花侵蚀的速度。③浮环轴封的损坏，造成介质泄漏事故。④止推轴承的电火花损伤主要是由于油膜过薄引起，而推力轴承损坏后将造成重大的设备事故。

3 防治措施

通过查找资料，确定引起轴承电流损伤的电压在20V以上，典型的轴承损伤电压在30~100V，所以通过限制电压升高，控制电压在1V以下，就可以消除轴电流带来的故障，其主要方法有以下几种：①使用接地装置，目前我厂普遍使用碳刷、金属滑靴等装置导通转子与大地，消除对地电压，这种措施简单是普遍采用的方法；②采用电离空气或高导电性润滑油；③使机器零件绝缘，但措施实施困难大，实际应用少；④对于蒸汽透平产生静电，控制蒸汽的品质也是一直有效方法；⑤对于运转过程中已经发生轴电流侵蚀的机组，改变油膜厚度的方法（改变有的黏度、供应量），实践证明有效。⑥消除转子磁性，电机驱动压缩机检修期间测量轴是否具有磁性，从而确定轴电流是否是该因素引起，检修时更换润滑油等措施都可以有效地防治和降低轴电流过高的风险。

4 我厂故障设备采取的防治措施及实际情况

我厂二尿素102J二氧化碳压缩机组防治措施是采用静电接地刷装置，但在检修中拆卸下的电刷情况如图1，从图1可以看电刷已经基本失效，检修时更换静电接地刷如下图2。而一合成车间4111K2机组接地碳刷在检修检查电缆接点时发现接点松动。两种情况出现就使得接地装置起不到作用，最终使得电位升高到足以击穿油膜电阻，发生电火花放电。这些问题的出现可以完全而且有力的证明轴承、轴故障是由于轴电流引起电火花侵蚀造成。

图1 损坏的静电接地刷

图2 更换的修复静电接地刷

5 结束语

通过观察故障表征，分析、总结了故障产生的机理，确认造成故障的直接原因为接地备件的更换不及时，检修时对细节检查不到位，造成机组零部件的损伤，如果继续发展可能造成严重的设备事故，而损伤备件的价格与接地装置价格比是非常大的，所以不管是从设备的安全长周期运行考虑，还是从经济效益及生产成本等诸多方面考虑，定期定时更换接地装置非常必要的，也是机组检修时的检修重点。