黃滄滄

（中海浙江寧波液化天然氣有限公司，浙江寧波 315800）

1 引言

浙江LNG接收站2臺制氮用空壓機，選用的是英格索蘭（INGERSOLLRAND） 設(shè)計制造的無油螺桿式壓縮機。2臺空壓機按主、備用原則，采用“一開一備”的方式投入運行。在空壓機組運行時間達(dá)到10000 h左右，加載運行時均會出現(xiàn)“級間壓力高”的故障報警并跳車，且故障發(fā)生頻率較高，導(dǎo)致空壓機組無法正常投用。

本文通過對故障空壓機主機模塊的拆解及檢查，確定空壓機故障原因為二級主機轉(zhuǎn)子涂層銹蝕剝落嚴(yán)重，導(dǎo)致二級主機效率低下，并對造成轉(zhuǎn)子涂層銹蝕的原因進行了具體分析；同時，在主機模塊更換維修完成后，為防范此類故障的再次發(fā)生，通過引進安裝一套空壓機反吹裝置，利用干燥氣體對主機內(nèi)部進行間斷吹掃，從根本上解決冷凝結(jié)露引起轉(zhuǎn)子超級涂層銹蝕的問題，提高空壓機主機的可靠性及使用壽命。

2 空壓機及主機模塊簡介

空壓機機型為IRN45-OF，設(shè)計能力5.9 m3/min，設(shè)計壓力1.0 MPa，冷卻方式為風(fēng)冷，采用變頻調(diào)速控制方式調(diào)節(jié)排氣量，即通過變頻控制改變驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)排氣量的調(diào)節(jié)[4]。空壓機采用無油潤滑方式，其轉(zhuǎn)子并不直接接觸，相互間存在一定的間隙。陽轉(zhuǎn)子通過同步齒輪帶動陰轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，同步齒輪在傳輸動力的同時，還確保了轉(zhuǎn)子間的間隙[1]。

IRN45K-OF型空壓機主機型號為CD4 VSD，采用一級和二級主機集成的一體化設(shè)計，保證機組外形緊湊美觀且便于安裝?？諌簷C主機陰陽轉(zhuǎn)子（螺桿） 采用超級涂層涂覆的處理方式，在轉(zhuǎn)子表面經(jīng)過噴丸處理，增加粗糙度后，將有機的高溫樹脂嵌入。二硫化鉬分子樹脂機械地包嵌在粗糙的表面，涂層很薄且均勻，具有耐久防癢且不易碎、粘著力高等特點。該主機在德國制造，目前國內(nèi)也沒有引進維修專用設(shè)備，因此轉(zhuǎn)子涂層磨損后只能進行主機整體更換，產(chǎn)生了高昂的維修費用。

3 故障檢查情況

3.1 主機模塊拆解情況

將發(fā)生故障的空壓機主機模塊進行拆卸后，發(fā)現(xiàn)主機轉(zhuǎn)子涂層脫落和部件銹蝕現(xiàn)象普遍存在：（1） 拆卸主機端蓋，在主機軸承室外側(cè)可看到明顯的顆粒物，為轉(zhuǎn)子涂層剝落物（圖1）；（2） 依次拆除一、二級轉(zhuǎn)子部件，發(fā)現(xiàn)一、二級主機內(nèi)腔涂層開始脫落和銹蝕，表面可見銹跡，同時有輕微的摩擦痕跡，二級主機銹蝕現(xiàn)象尤為嚴(yán)重（圖2）；（3） 檢查一、二級轉(zhuǎn)子部件，發(fā)現(xiàn)二級轉(zhuǎn)子型面上可見涂層大面積脫落剝離，且二級轉(zhuǎn)子氣封檔和油封檔涂層磨損比較嚴(yán)重。

3.2 現(xiàn)場安裝部件檢查情況

對空壓機現(xiàn)場安裝部件進行檢查，發(fā)現(xiàn)機組內(nèi)部金屬管件普遍存在銹蝕現(xiàn)象：二級文丘里及管件外部銹蝕嚴(yán)重、二級進氣管路、排氣管路內(nèi)外部均有銹蝕現(xiàn)象，尤其二級出口止回閥銹蝕嚴(yán)重（圖3），可見現(xiàn)場環(huán)境比較潮濕，空氣中還存在高腐蝕性物質(zhì)加速機件銹蝕。

3.3 檢查分析結(jié)論

根據(jù)故障主機拆解檢查情況可以看出空壓機主機內(nèi)部件銹蝕跡象嚴(yán)重，特別是二級主機轉(zhuǎn)子涂層銹蝕剝落嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子配合間隙增大導(dǎo)致二級主機效率低下。在空壓機加載過程中，二級轉(zhuǎn)子壓縮無法達(dá)到出口設(shè)定壓力，從而引起一級出口壓力上升較快，超過報警設(shè)定值，出現(xiàn)“級間壓力高”的故障報警并導(dǎo)致設(shè)備跳車[3]。

圖1 主機軸承室

圖2 二級轉(zhuǎn)子

圖3 出口止回閥

4 故障原因分析

根據(jù)故障主機拆解檢查情況，結(jié)合空壓機組實際運行工況，對造成空壓機二級主機轉(zhuǎn)子涂層銹蝕嚴(yán)重的原因進行分析。

4.1 設(shè)備因素

由于空壓機運行時溫度較高（二級出口溫度可達(dá)到220～230 ℃），停機后溫度下降，溫度降低的過程中造成內(nèi)部冷凝結(jié)露，粘附在主機內(nèi)部機件表面。如果機組停機期間沒有采取有效措施，主機內(nèi)部機件冷凝液開始對主機殼體、轉(zhuǎn)子表面涂層侵蝕，輕者造成涂層脫落，影響陰陽轉(zhuǎn)子配合間隙而引發(fā)主機效率下降；金屬器件表面銹蝕物又造成轉(zhuǎn)子與殼體或者轉(zhuǎn)子之間發(fā)生摩擦，使涂層大面積脫落，暴露的金屬表面銹蝕不斷發(fā)生，嚴(yán)重情況下引發(fā)轉(zhuǎn)子間和殼體等卡死報廢[3]。

4.2 環(huán)境因素

LNG接收站地處海邊，空氣相對比較潮濕，而海風(fēng)中存在鹽分極易引發(fā)金屬機件銹蝕?，F(xiàn)場對空壓機冷凝排放水進行取樣分析，發(fā)現(xiàn)冷凝水的pH值低于標(biāo)準(zhǔn)范圍6.8～8.3，見表1，環(huán)境空氣呈現(xiàn)酸性，氨氮含量超標(biāo)，對銅金屬有一定的腐蝕性，其冷凝結(jié)露后對轉(zhuǎn)子涂層的腐蝕更嚴(yán)重。

4.3 使用因素

由于浙江LNG對空壓機機組運行可靠性要求較高，采用“一開一備”的方式運行，再加上周邊冷能空分項目投產(chǎn)，可直接向接收站 供應(yīng)純凈干燥的成品氮氣，間接造成了空壓機組停機時間長的問題。據(jù)統(tǒng)計，2臺空氣壓縮機3年運行時間均未超過10000 h。設(shè)備長時間停機備用，更加劇了冷凝液對內(nèi)部機件的腐蝕影響。

表1 空壓機冷凝水測試記錄

4.4 改進措施

為盡可能降低冷凝結(jié)露對空壓機主機及各部件的銹蝕影響，通過引進安裝一套停機反吹裝置，其原理為通過反吹裝置控制裝置與空壓機PLC控制程序連接，在機組停機/待機狀態(tài)下，引入干燥氣體定期吹掃機器內(nèi)部管路，尤其是主機內(nèi)部，防止冷凝液在金屬機件表面積聚，減輕冷凝液腐蝕作用以達(dá)到延長主機壽命。反吹裝置設(shè)定后自動運行，無需人員進行操作。

現(xiàn)場空壓機反吹裝置吹掃氣源從氮氣儲罐引出，干燥氮氣依次經(jīng)過截止閥、減壓閥、電磁閥，通過1/2儀表管線接入空壓機二級文丘里管。截止閥保持常開，通過減壓閥控制吹掃壓力在0.2 MPa以內(nèi)（吹掃壓力超過0.5 MPa會引起電機反轉(zhuǎn)）。反吹裝置控制程序與空壓機PLC控制程序進行連接設(shè)定，通過電磁閥實現(xiàn)間斷吹掃動作（停機30 min/吹掃10 min）。在空壓機組停機/待機狀態(tài)下，利用干燥氮氣對主機進行間斷吹掃；在機組運行時，反吹裝置自動關(guān)停，不影響機組的正常運行。反吹裝置流程圖如圖4。通過該項措施的應(yīng)用實施，有效減緩了空壓機停機/待機期間冷凝液對主機機件的腐蝕影響。

5 結(jié)語

通過空壓機反吹裝置的安裝投用，從根源上解決了冷凝結(jié)露對主機轉(zhuǎn)子涂層的腐蝕影響，避免類似故障的發(fā)生，延長了設(shè)備使用壽命；與采購新主機部件相比，降低了停機待修的安全生產(chǎn)風(fēng)險，節(jié)約了生產(chǎn)成本。今后，在空壓機組前期設(shè)計過程中應(yīng)綜合考慮冷凝結(jié)露對主機轉(zhuǎn)子涂層的腐蝕影響，及早采取防范措施，從而提高空壓機主機的可靠性及使用壽命，停機反吹裝置技術(shù)措施可供借鑒及應(yīng)用。

圖4 反吹裝置流程圖