田森

河南龍宇煤化工有限公司 （河南永城 476600）

化工設(shè)備

淺析殼牌煤氣化激冷氣壓縮機故障原因及處理措施

田森

河南龍宇煤化工有限公司 （河南永城 476600）

對殼牌煤氣化激冷氣壓縮機運行中出現(xiàn)的若干問題及事故進行了介紹，分析了發(fā)生的原因并給出了解決措施，最終取得了良好效果。

激冷氣壓縮機 振動 油溫 高速軸

0 前言

激冷氣壓縮機是殼牌煤氣化U-1300氣化單元的關(guān)鍵設(shè)備，激冷氣壓縮機一旦出現(xiàn)問題，將給殼牌煤氣化裝置的安全生產(chǎn)帶來很大的威脅。

某殼牌煤氣化所使用的激冷氣離心壓縮機為沈陽鼓風(fēng)機（集團）有限公司生產(chǎn)，型號為SV12-M，壓縮介質(zhì)為兩股氣體的混合氣，一股是過濾后的殼牌氣化爐產(chǎn)生的合成氣，另一股是過濾并經(jīng)水洗后的殼牌氣化爐產(chǎn)生的合成氣，通過兩股氣的混合控制壓縮機介質(zhì)的溫度。

自2011年7月該激冷氣壓縮機投用后，激冷氣壓縮機在運行過程中不斷出現(xiàn)問題，該廠的技術(shù)人員認真分析了故障原因，并成功地對該設(shè)備進行了技術(shù)改造，優(yōu)化了操作規(guī)程，實際運行考查表明，改造效果良好。

1 激冷氣壓縮機簡介

激冷氣壓縮機機組由壓縮機、液力偶合器及電機組成，三者之間通過膜片聯(lián)軸器（由無錫創(chuàng)明傳動工程有限公司提供）聯(lián)接，為了便于安裝找正，整體布置于同一鋼制底座上。整個機組（除了液力偶合器）采用潤滑油站供油，機組為三層布置，主機置于二層，油站以及液力偶合器配套的泵站、板式換熱器等置于底層，介質(zhì)進出口管線及高位油箱置于頂層。

壓縮機的定子包括：蝸殼（蝸殼為垂直剖分結(jié)構(gòu)，懸臂蝸室通過端法蘭把合在齒輪箱上），端板（流道部件，引導(dǎo)氣流從進口法蘭處流向葉輪進口），支架（流道部件，引導(dǎo)氣流從葉輪出口流向蝸室），輪蓋密封（安裝在支架上面，用來隔離壓縮機進出口）等組成。

壓縮機轉(zhuǎn)子包括：高速軸，葉輪（閉式，后彎型葉輪，葉輪與主軸為過盈配合，使用液壓工具裝配在主軸上），軸頭螺母（軸向固定葉輪，并起導(dǎo)流作用），鎖緊螺母（固定主軸兩端干氣密封的軸向位置，以免干氣密封竄動而損壞失效），大齒輪（齒輪為單斜齒，通過齒輪嚙合，向主軸傳遞動能），壓縮機齒輪箱體（整體焊接，是壓縮機本體部分的支撐座，同時起到支撐定子和處理轉(zhuǎn)子的作用）。

壓縮機低速軸采用圓瓦軸承，高速軸采用單側(cè)金斯伯雷+可傾瓦支撐軸承的支推一體軸承，潤滑方式為油站供油強制潤滑。高速軸軸承分為兩部分：

（1）支撐部分：可傾瓦軸承有五個軸承瓦塊，瓦塊內(nèi)表面澆鑄一層軸承合金，瓦塊等距地安裝在軸承體的槽內(nèi)，用特制的定位螺釘定位，瓦塊可繞其支點擺動，以保證運轉(zhuǎn)時處于最佳位置。

（2）止推部分：止推軸承采用單側(cè)金斯伯雷推力軸承，每組有8塊止推塊，置于推力盤一側(cè)。推力瓦塊工作表面澆鑄一層軸承合金，等距離地安裝到固定環(huán)的槽內(nèi)；每組有16塊水準塊位于槽內(nèi)推力瓦塊的下方，將受到的力均勻分配在軸承的各個瓦塊之間。

原動機采用南陽防爆集團有限公司提供的增安型電機，液力偶合器由大連液力機械有限公司提供。為了確保機組安全運轉(zhuǎn)，壓縮機組設(shè)有各種控制及保安裝置。

2 運行中出現(xiàn)的問題及原因分析

（1）蝸殼與葉輪間縫隙結(jié)垢，造成動靜部件摩擦，致使葉輪磨損。該激冷氣壓縮機在正式投運40多天后，因高速軸測振點VI1301/02振值高造成停車，拆開后發(fā)現(xiàn)入口過濾器S-1307濾網(wǎng)通孔堵塞較多，盲腸基本被銹皮、灰垢填滿；壓縮機蝸殼及管線內(nèi)存在大量灰垢；葉輪輪蓋前端與端板錐形管配合面部位磨損出約5 mm深、12 mm寬的環(huán)形槽；葉輪前輪蓋外緣約10 mm寬的部位整體磨損，大約有4～5處磨損較為嚴重。

通過檢查葉輪磨損部位及對工況的了解，對磨損的原因分析如下：葉輪磨損部位均為葉輪與支撐、端板配合間隙最小處，激冷氣壓縮機所輸送的介質(zhì)含灰量較大，并有一定黏度，介質(zhì)通過該部位時阻力增大，所攜帶灰粒在支撐與端板上聚集；結(jié)垢增多造成間隙逐漸變小，進而引起動靜部件相互摩擦，最后激冷氣壓縮機高速軸振值逐漸增大，導(dǎo)致葉輪磨損嚴重。

解決方案：在壓縮機蝸殼上鉆孔，引入高溫高壓氮氣，在支撐上鉆孔作為噴嘴，使用高溫高壓氮氣吹掃葉輪外緣處，防止飛灰在葉輪外緣與壓縮機支撐之間的縫隙停留；對于少量的積灰，及時進行吹除，避免飛灰集聚；在壓縮機蝸殼外部增加中壓蒸汽伴熱、加厚保溫層，進一步改善壓縮機在系統(tǒng)低溫狀態(tài)下的運行狀況。

（2）低油溫啟動，高速軸軸承瓦塊移位，引起振動跳車。殼牌煤氣化裝置短停，在清理壓縮機入口過濾器及葉輪結(jié)垢后，重新開車，出現(xiàn)高速軸測振點VI1301/02振值高的現(xiàn)象；將齒輪箱解體，檢查高速軸葉輪側(cè)支推一體軸承，發(fā)現(xiàn)高速軸下部兩塊支撐瓦塊定位銷發(fā)生彎曲，支撐瓦塊移位，造成軸承徑向間隙增大，引起高速軸測振點VI1301/02振值達到88.9 μm（壓縮機跳車值），造成壓縮機跳車。

對其振動原因分析如下：激冷氣壓縮機啟動時，環(huán)境溫度為0℃，油箱溫度為16℃，沒有達到壓縮機啟動時要求的油溫25℃，油溫低時，潤滑油黏度增大；當壓縮機在低油溫下啟動時，高速軸葉輪側(cè)支推一體軸承下部支撐瓦塊所受承載力過大，從而造成定位銷彎曲，支撐瓦塊移位，激冷氣壓縮機高速軸測振點振值高，進而導(dǎo)致壓縮機跳車。

采取措施：環(huán)境溫度低時，開啟油箱電加熱器加熱潤滑油，啟動油泵打循環(huán)，待軸承進油溫度達到25℃后，方可啟動壓縮機。

（3）干氣密封安裝錯誤，動環(huán)反轉(zhuǎn)損壞干氣密封的密封面，造成干氣密封失效。殼牌煤氣化裝置大修，更換新干氣密封，壓縮機啟動運行時發(fā)現(xiàn)一級泄漏氣的漏氣量大，停機解體檢查發(fā)現(xiàn)，干氣密封腔體內(nèi)部有液體流出，內(nèi)部有大量黑色粉末。

對其損壞原因分析如下：主軸兩端干氣密封的各部位尺寸完全一樣，但旋轉(zhuǎn)方向相反，由于安裝原因，將兩端的干氣密封裝反；該干氣密封為單向旋轉(zhuǎn)的密封，干氣密封裝反就意味著密封相對于原設(shè)計反轉(zhuǎn)了，這樣就不能使工作狀態(tài)下的干氣密封在動靜環(huán)之間形成有效的氣膜，造成干氣密封密封面干摩擦，進而燒壞，這是由干氣密封損壞造成激冷氣壓縮機故障的一種形式。

（4）系統(tǒng)在低溫狀態(tài)下運行，葉輪流道內(nèi)部結(jié)垢，引起激冷氣壓縮機振動跳車。殼牌煤氣化在檢修后進行氣密檢查，為加快氣密速度，將激冷氣壓縮機啟動運行，運行5 h后，高速軸測振點VI1301/02達到跳車值，壓縮機跳車；分別檢查壓縮機葉輪結(jié)垢情況及高速軸支撐止推軸承，發(fā)現(xiàn)壓縮機葉輪流道內(nèi)結(jié)垢嚴重，對其進行清理處理，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢較為松軟，使用手動工具進行清理；對高速軸支撐止推軸承進行檢查后未見異常。

對其振動原因分析如下：激冷氣壓縮機入口管線內(nèi)部飛灰較多，壓縮機在系統(tǒng)低溫狀態(tài)下長時間運行，造成飛灰在壓縮機葉輪流道內(nèi)聚集，破壞壓縮機動態(tài)平衡，引起壓縮機高速軸測振點VI1301/02振值升高，從而導(dǎo)致壓縮機跳車。

采取措施：盡量減少管線內(nèi)的飛灰；檢修完成后，再及時將系統(tǒng)管線的伴熱投運，并及時恢復(fù)保溫，以減少壓縮機在系統(tǒng)低溫狀態(tài)下的運行時間。

（5）高速軸因缺油造成軸頸偏磨、高速軸嚴重彎曲，經(jīng)過激光熔覆、機械加工復(fù)型后，發(fā)生高速軸斷齒、報廢。殼牌煤氣化因13PDI0065壓差高跳車，激冷氣壓縮機停車，再次啟動后發(fā)現(xiàn)壓縮機齒輪箱有明顯異音，且振值高，大量煙氣從齒輪箱冒出。壓縮機緊急停車后，對其進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)：葉輪口環(huán)部位出現(xiàn)偏磨，磨掉了1/3左右，葉輪輪蓋部位也出現(xiàn)磨損，葉輪表面有灰垢；葉輪側(cè)干氣密封動靜環(huán)等內(nèi)部部件全部損壞，報廢；高速軸葉輪側(cè)軸承部位軸徑偏磨，其余各軸頸有嚴重彎曲現(xiàn)象；高速軸兩套支推一體軸承燒壞。因高速軸無備件，為了及時恢復(fù)生產(chǎn)，決定采用激光熔覆、機械加工復(fù)型的方法修復(fù)高速軸。高速軸修復(fù)后，分別對其進行了無損探傷檢驗、跳動值檢測、低速動平衡檢驗，結(jié)果均符合技術(shù)要求；更換新備件，回裝后，激冷氣壓縮機啟動運行，振值整體偏高，但未達到報警值63.5 μm，在運行過程共出現(xiàn)9次振值波動，最大達到報警值后，緩慢降低；運行15 d后，激冷氣壓縮機振值達到報警值，并接近跳車值，又無降低跡象，對其進行停車檢查，發(fā)現(xiàn)高速軸驅(qū)動齒非葉輪側(cè)9個齒出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象，經(jīng)評估，判定高速軸報廢。

對高速軸出現(xiàn)軸頸偏磨情況的原因分析如下：激冷氣壓縮機停車時，未進行全面檢查，壓縮機再次啟動時，因振值高，干氣密封內(nèi)部部件出現(xiàn)損壞、失效情況；合成氣通過干氣密封，順高速軸串入齒輪箱內(nèi)，使葉輪側(cè)支推一體軸承供油中斷，造成該部位軸頸偏磨。

對高速軸出現(xiàn)斷齒、報廢情況的原因分析如下：高速軸經(jīng)過激光熔覆、機械加工復(fù)型修復(fù)后，其各項檢驗結(jié)果均符合技術(shù)要求；在修復(fù)過程中，未對高速軸驅(qū)動齒進行全面檢查；雖然回裝過程各項檢查數(shù)據(jù)均符合設(shè)計要求，但是在實際運行過程中，齒輪嚙合過程有沖擊現(xiàn)象，隨著斷齒情況的產(chǎn)生，振值進一步增大，這是引起激冷氣壓縮機振值達到停車值的原因。

采取措施：做好更換備件統(tǒng)計，對于易出問題的干氣密封，做好運行時間統(tǒng)計，對于運行時間達到兩年的干氣密封，必須對其進行更換，壓縮機各部位的裝配要嚴格按照技術(shù)要求執(zhí)行；高速軸修復(fù)后，要全面檢查各部位加工尺寸及精度，使其達到出廠時的加工精度要求。

3 結(jié)語

通過故障原因分析，成功地對激冷氣壓縮機進行了技術(shù)改造，優(yōu)化了操作規(guī)程。經(jīng)過實際操作可以證明，對激冷氣壓縮機的技術(shù)改造是成功的，壓縮機的葉輪掛垢及軸振值升高問題得到了控制。在停車檢查壓縮機時，發(fā)現(xiàn)其運行狀況一直良好，拆檢時可以看到葉輪表面及流道內(nèi)沒有掛垢痕跡，為裝置安全、穩(wěn)定、長周期、高負荷運行提供了保證。

Analysis on the Fault Reasons and Treatment Measures of Shell Coal Gasification Chilled air Compressor

Tian Sen

Some problems and accidents in operation of Shell coal gasification chilled air compressor were introduced. The cause of the occurrence and the solution were given,and the good results were obtained.

Chilled air compressor;Vibration;Oil temperature;High speed shaft

TQ051.21

2016年5月

田森 男 1973年生 ?？?助理工程師 目前從事設(shè)備管理工作