離心式氯氣透平壓縮機(jī)系統(tǒng)故障分析

丁海秋，趙紅艷

（江蘇安邦電化有限公司，江蘇淮安223002）

離心式氯氣透平壓縮機(jī)系統(tǒng)故障分析

丁海秋，趙紅艷

（江蘇安邦電化有限公司，江蘇淮安223002）

介紹了離心式氯氣透平壓縮機(jī)機(jī)組潤滑油系統(tǒng)、密封氣系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)故障產(chǎn)生的現(xiàn)象、原因及解決途徑。

氯氣透平壓縮機(jī)；潤滑油；位移；喘振；故障

1 潤滑油系統(tǒng)的故障影響

氯氣離心式壓縮機(jī)組中的各個子系統(tǒng)的任何故障都會影響整個機(jī)組的安全運行。氯氣離心式壓縮機(jī)具有很高的運行轉(zhuǎn)速，一般介于一階臨界轉(zhuǎn)速和二階臨界轉(zhuǎn)速之間，達(dá)10 000 r/min以上，而常見的大功率電動機(jī)的轉(zhuǎn)速并不高，需要通過齒輪箱“增速器”的傳動才能獲得較高的轉(zhuǎn)速。另外，氯氣離心式壓縮機(jī)組采用的是動壓滑動軸承，只有被加壓的潤滑油才能形成油楔，具有承載的能力，將壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子托起，由此可見，潤滑油系統(tǒng)是相當(dāng)重要的，任何油系統(tǒng)的故障都能造成重大事故。

氯氣壓縮機(jī)機(jī)組潤滑油系統(tǒng)的功能在于要求油系統(tǒng)提供一定壓力及流量的潤滑油供給機(jī)組的前后軸承、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)等傳動部位，形成油楔和潤滑，帶走機(jī)組運行過程中產(chǎn)生的熱量，以確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。潤滑油系統(tǒng)還有控制摩擦、減少機(jī)件的磨損、防止機(jī)件銹蝕和對機(jī)件振動起阻尼的作用等。常見的潤滑油系統(tǒng)故障有：油品不合格、潤滑油受氯氣污染、潤滑油油箱氮氣密封不好進(jìn)入空氣以及潤滑油系統(tǒng)的相關(guān)連鎖失靈等問題。下面著重介紹有關(guān)油品不合格的問題。

氯氣透平壓縮機(jī)組一般采用不同牌號的汽輪機(jī)油或透平油，如20#、32#、46#等。

潤滑油在機(jī)組中運行一定時間之后，出現(xiàn)“色度上升”變深、變黑、油品的酸性增加、機(jī)械雜質(zhì)增多等現(xiàn)象。這表明潤滑油起了一定程度的化學(xué)變化，這與油品的安定性有關(guān)。常見的油品不合格主要是4項常規(guī)指標(biāo)，即黏度、酸值、抗乳化度以及機(jī)械雜質(zhì)。

（1）黏度是潤滑油的主要性能指標(biāo)，也是決定油品潤滑效果的關(guān)鍵指標(biāo)。從某種意義上來說，黏度也是液體內(nèi)摩擦系數(shù)，黏度越大，產(chǎn)生的內(nèi)摩擦越大，因此，黏度又可以表示潤滑油的稀稠程度。國際上通用恩氏黏度、賽氏黏度及雷氏黏度，國內(nèi)通常用運動黏度（如V100）來表示。黏度值與溫度有關(guān)，依據(jù)黏度-溫度特性，潤滑油的黏度過高或者過低都不合適。

潤滑油的黏度大，摩擦力也隨之增大，消耗于克服潤滑油內(nèi)摩擦的功率也隨之增大。油品的黏度大，油泵的啟動就比較困難，當(dāng)油溫低于20℃，初開車時，極易造成氯氣壓縮機(jī)的蜂鳴，引起油管的強(qiáng)烈震動。江蘇安邦電化有限公司冬季開車時，曾遇到類似情況，經(jīng)過脫除油加熱器連鎖并將油循環(huán)加熱至35℃以上，再開車時才杜絕了機(jī)組蜂鳴及震動的現(xiàn)象。當(dāng)油溫較低時，盡管潤滑油壓力很高，但潤滑油的流量提高卻很慢，而潤滑油循環(huán)緩慢，就會使機(jī)器的傳動部位得不到充分的潤滑，容易發(fā)生機(jī)件磨損。

潤滑油黏度小，流動性雖好，移去的熱量也比較多。但潤滑油容易從摩擦接觸面間流失，導(dǎo)致油壓力下降，在摩擦接觸面無法形成足夠的油膜承載力度，使機(jī)件容易遭受磨損。發(fā)生這種現(xiàn)象多是因潤滑油溫度過高引起的，根據(jù)資料介紹，潤滑油溫度在55℃以上，潤滑油溫度繼續(xù)上升5℃，油壓將大幅度下降，因此，增加油品的冷卻裝置是不容忽視的。發(fā)現(xiàn)油品黏度不合格，必須立即部分或者全部更換油品。遇到潤滑油溫度過低的情況，可適當(dāng)關(guān)閉油冷卻器的冷卻水，或者開啟潤滑油箱中的電加熱器對油加溫。

（2）酸值是潤滑油總的酸含量指標(biāo)。酸值是指中和1 g潤滑油所消耗的氫氧化鉀的毫克數(shù)。對于46#汽輪機(jī)油來說，中和值應(yīng)該低于0.16 mg。潤滑油是由多種有機(jī)烴化物組成的，潤滑油本身對金屬等材料是不存在腐蝕作用的，引起對金屬材料的腐蝕的真正原因，是因為潤滑油中存在著高分子脂肪酸、氧化產(chǎn)物、硫、硫化物、無機(jī)酸和水分等成分。酸值的增加是潤滑油氧化加劇而“老化”所致，即酸值是油品老化的標(biāo)志。潤滑油中高分子脂肪酸的主要成分是環(huán)烷酸，一般在油品精制的時候是無法全部去除的，主要是在油品的貯存和使用過程中由于油品的氧化而形成。當(dāng)潤滑油在偏高的工作溫度下使用時，機(jī)器的旋轉(zhuǎn)機(jī)件以及傳動部位摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)出去，就會加速潤滑油的氧化速率，使油品中的酸類對金屬材料的腐蝕加劇。高溫導(dǎo)致油品氧化、酸化速率加劇，油品惡變加劇，腐蝕程度也加劇，使得油品變質(zhì)老化報廢，嚴(yán)重影響油膜的承載能力。潤滑油的溫度升高有2個原因，其一，氯氣離心式壓縮機(jī)的機(jī)件和傳動部位安裝不佳，造成機(jī)組運行時軸承產(chǎn)生振動，因而機(jī)件的溫度升高，影響了潤滑油的溫度，特別是軸承的回油溫度不能被冷卻下來；其二，潤滑油冷卻器的冷卻效果差，潤滑油的溫度降不下來。

有資料表明，在有一定壓力存在的情況下，當(dāng)潤滑油溫度超過50℃時，油品的氧化速度會明顯增加，一般溫度上升8~10℃，油品的氧化速度增加一倍，氧化聚合物如瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和不溶于油的物質(zhì)也大量產(chǎn)生，因此，軸承溫度不能超過45℃。

油品中所含的無機(jī)酸是指能夠溶于水的水溶性酸，其含量增加同樣促使?jié)櫥妥冑|(zhì)氧化。

除了潤滑油長期使用后因氧化作用使其酸值增加外，氯氣對潤滑油的污染也不容忽視。由于氯氣透平壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子兩端軸承室與轉(zhuǎn)子的殼體聯(lián)在一起，雖然中間隔著“抽充氣”迷宮密封裝置，但是在緊急停機(jī)的情況下，轉(zhuǎn)子兩端的迷宮密封裝置由于機(jī)內(nèi)各級的氯氣壓力趨于平衡，而造成迷宮密封兩端的壓力失衡，使得氯氣穿過迷宮進(jìn)入軸承室，從而使?jié)櫥褪艿轿廴?。氯氣進(jìn)入潤滑油中，會使?jié)櫥图铀傺趸冑|(zhì)，酸值明顯增大，生成有機(jī)氯烴化合物，使得潤滑油瀝青化和膠化，油品中出現(xiàn)沉淀物和懸浮物，油品的顏色也變黑。如果一時無法更換油品或者酸值還沒有超標(biāo)，可以采用反復(fù)過濾的辦法對油品進(jìn)行過濾，但盡快更換潤滑油才是上策。更換新油之前，必須將整個潤滑油系統(tǒng)進(jìn)行清洗，尤其要清除殘留的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)類的油渣，將剩余的“舊油”全部清洗干凈，并盡可能地用濕面團(tuán)粘去雜質(zhì)，否則（由于殘存的潤滑油中所含氧化物的催化作用）加入的新潤滑油就會很快氧化變質(zhì)，降低了使用壽命。

根本的解決辦法是將氯氣透平壓縮機(jī)的兩端軸承室與轉(zhuǎn)子的殼體分開，防止氯氣產(chǎn)生的“倒壓”進(jìn)入軸承室。

（3）抗乳化度是潤滑油抵御乳化的性能指標(biāo)。抗乳化度指潤滑油與水形成乳濁液后的分離時間，表明潤滑油被乳化的程度或含有水分的量。

靜止?fàn)顟B(tài)下，潤滑油與水是分層的。在潤滑油中存在一定量的水，又有大量的環(huán)烷酸或脂肪酸時，容易形成乳化液。在潤滑油的酸值增加、機(jī)械雜質(zhì)以及空氣或者其他氣體進(jìn)入的情況下，都會促使?jié)櫥腿榛冑|(zhì)。潤滑油逐步成為乳濁液，不僅會引起運轉(zhuǎn)機(jī)件的腐蝕，更會促使?jié)櫥脱趸冑|(zhì)，降低了潤滑油的潤滑性能。發(fā)生這種現(xiàn)象時，最為明顯的是油壓力大幅下降，無法維持生成油楔的基本條件，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運行。由此可見，抗乳化度是重要的技術(shù)指標(biāo)，如果抗乳化度大于8 min，表明潤滑油的乳化程度在增加。一般可以用濾紙進(jìn)行潤滑油的壓濾來去除掉潤滑油中的微量水分，也可以采用固體介質(zhì)吸附過濾的方法去除水分。如果抗乳化度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)，并且伴有油品渾濁的現(xiàn)象，必須更換潤滑油。造成抗乳化度高的原因是灌裝潤滑油時帶進(jìn)了水分、油冷卻器泄漏或密封不好，導(dǎo)致氧氣進(jìn)入油品中產(chǎn)生乳化，發(fā)生上述情況，要及時查明原因。

常見的破乳化的方法有2種，即“熱破乳“和”化學(xué)破乳“。對于憎水性的乳化液和親水性的乳化液來說，都可以采用“熱破乳”的方法。在密閉的釜中，將潤滑油加熱至130℃，靜置一段時間，就可以“破乳”分層。對于親水性的乳化液也可以采用乙醇、食鹽等水溶液進(jìn)行“化學(xué)破乳”。

（4）必須嚴(yán)格控制潤滑油中的機(jī)械雜質(zhì)。凡是潤滑油中所有不溶于汽油和苯的，在潤滑油中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)和沉淀狀態(tài)的物質(zhì)都是機(jī)械雜質(zhì)。潤滑油中的機(jī)械雜質(zhì)一旦進(jìn)入旋轉(zhuǎn)部件的金屬摩擦表面，就能夠使得旋轉(zhuǎn)的機(jī)件迅速磨損。大量游離于潤滑油中的機(jī)械雜質(zhì)會使過濾器的過濾網(wǎng)發(fā)生堵塞，使得潤滑油的輸出壓力下降，妨礙潤滑油的正常循環(huán)，甚至造成氯氣透平壓縮機(jī)組停車。更為嚴(yán)重的是，這些游離的機(jī)械雜質(zhì)還是加速潤滑油氧化變質(zhì)的催化劑，由此可見，潤滑油中含有的機(jī)械雜質(zhì)必須嚴(yán)格控制。

機(jī)械雜質(zhì)的來源包括：潤滑油系統(tǒng)的油箱、油冷卻器、油過濾器以及所有的連通管道中沒有清除干凈的“焊渣”之類物質(zhì)；在壓縮機(jī)的運行過程中發(fā)生機(jī)械磨損帶來的金屬細(xì)末，比如軸承的磨損產(chǎn)物；氯氣污染潤滑油生成的氯烴化合物以及瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等。使用200目過濾網(wǎng)對潤滑油進(jìn)行不間斷過濾，或者對整個潤滑油系統(tǒng)進(jìn)行清洗是非常必要的。

2 密封氣系統(tǒng)的故障影響

密封氣系統(tǒng)是機(jī)組中唯一沒有停車機(jī)會的子系統(tǒng)。在正常機(jī)組運行中，密封氣系統(tǒng)是在經(jīng)過凈化、脫水干燥，至水分低于30×10-6后供給氯氣透平壓縮機(jī)組的軸封、油封、油箱等部位做為密封充氣之用。機(jī)組停運之后，供給機(jī)內(nèi)一級進(jìn)口充氣（保持機(jī)組內(nèi)部流道干燥）和機(jī)組空氣試車運行時使用。不管機(jī)組運行與否，密封氣系統(tǒng)始終要進(jìn)行正常的供氣。常見的密封氣系統(tǒng)故障是迷宮密封控制失調(diào)和凈化密封氣不合格。

氯氣離心式壓縮機(jī)組的密封系統(tǒng)采用充、吸密封氣的鑲嵌式曲折形迷宮密封。也就是水分低于30×10-6的干燥密封氮氣經(jīng)過充氣室的自動控制閥門以0.2 kPa左右的壓力進(jìn)入充氣室的迷宮密封中，而“抽氣室”又經(jīng)自動控制閥門以略低于大氣的壓力將機(jī)內(nèi)沿“迷宮密封”泄出的密封氮氣抽出來送往透平壓縮機(jī)的一級進(jìn)口或者氯氣透平壓縮機(jī)出口的事故氯氣處理裝置。進(jìn)入充氣室的部分干燥密封氣從充氣處沿著迷宮密封泄入大氣，而另一部分則流向“吸氣室”，確保了氯氣的可靠密封。正常的充氣量為12.5 m3/h，此時充氣的密封氣壓力為“+2 kPa”，而吸氣壓力為“-0.5 kPa”。一般來講，充氣壓力的絕對值應(yīng)該略高于吸氣壓力的絕對值，它的差值保持在小于0.5 kPa，就能確保密封完好。

發(fā)生故障時，密封氣的控制尤其重要，特別是在突然停機(jī)的工況條件下密封腔壓力的控制，因為此時機(jī)內(nèi)各級原本壓力各不相同的氯氣突然失去了壓力差而趨向平衡，每一級的迷宮密封兩端所受的壓力都是相等的，對于“軸端密封”來說，吸氣壓力已經(jīng)消失，壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力從負(fù)壓變成了正壓。如果超過充氣壓力的話，機(jī)內(nèi)氯氣就從密封室中壓出來，進(jìn)入軸承室或進(jìn)入大氣。如果壓縮機(jī)的進(jìn)口壓力低于充氣壓力，機(jī)內(nèi)氯氣就被阻隔于密封的一側(cè)，干燥的密封氣不斷地進(jìn)入密封室，不僅將氯氣與大氣有效地隔開，而且將氯氣與潤滑油系統(tǒng)有效地隔開。由此可見，在發(fā)生緊急停機(jī)的情況下，同時有以下幾個連鎖動作會發(fā)生。

（1）壓縮機(jī)出口的止回閥阻斷壓縮機(jī)出口管網(wǎng)中的氯氣，產(chǎn)生“返流倒回”；

（2）事故氯氣處理裝置自動連鎖啟動運轉(zhuǎn)，緊急處理泄出的氯氣；

（3）壓縮機(jī)出口的自控排氣閥門自動打開，使得機(jī)內(nèi)的氯氣迅速流向事故氯氣處理裝置泄壓；

（4）密封充氣閥門自動連鎖開足，而吸氣閥門自動關(guān)閉，防止氯氣發(fā)生“倒壓”。

實施了以上的連鎖措施后，就可保證在緊急停機(jī)的情況下有效地防止機(jī)內(nèi)氯氣泄入大氣或者進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)。當(dāng)然，這些處理措施均是在常用電源正常供給的工況條件下實施的，實際上，發(fā)生氯氣離心式壓縮機(jī)組的緊急停車，往往是由于供電故障引起的，幾乎是沒有電源、沒有密封氣同時發(fā)生。為了防止這種緊急情況，氯氣透平壓縮機(jī)組的常用電源應(yīng)采用雙電源供電方式，同樣，密封氣的供應(yīng)也應(yīng)該考慮雙電源供給方式，但實際上這樣考慮的廠家較少。

最根本的解決辦法是將壓縮機(jī)的軸承室與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子殼體分隔開，使氯氣遠(yuǎn)離潤滑油；其次，將壓縮機(jī)兩端的迷宮密封吸氣腔與事故氯氣處理裝置相通，或者在正常運行時，吸氣室通向壓縮機(jī)的進(jìn)口管，故障時關(guān)閉，而通向事故氯氣處理裝置的閥門自動打開。

3 氯氣透平壓縮機(jī)主機(jī)系統(tǒng)的故障影響

氯氣離心式壓縮機(jī)組承擔(dān)著將電解槽陽極出口的氯氣抽吸出來，經(jīng)過處理后壓縮到所需的壓力，然后不間斷地輸送至用戶的任務(wù)。主機(jī)系統(tǒng)的任何故障都會直接影響到電解槽和氯氣用戶的正常運行。常見的透平壓縮機(jī)組的故障有“軸振”、軸位移超標(biāo)以及主機(jī)“喘振”。

（1）嚴(yán)重的軸位移和“軸振”超標(biāo)

表征氯氣透平壓縮機(jī)組運行正常與否的標(biāo)志是轉(zhuǎn)子徑向的“軸振”和“軸向”的位移。

“軸位移”是個綜合各種因素的集群與反映，是主機(jī)運行中“軸向力”控制的轉(zhuǎn)子平行位移數(shù)值。正常情況下，“軸位移”可以自動平衡“軸向推力”，以確保機(jī)組的正常運行。一旦“軸向力”失去了平衡，就會造成轉(zhuǎn)子在主軸方向的位置移動超過額定值，導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與固定元件相碰擦，造成機(jī)毀的后果。

止推軸承中的平衡推力盤與主、副推力塊之間應(yīng)該有0.7 mm的楔狀油膜間隙，它承載著“軸向推力”的平衡任務(wù)。按照規(guī)定，絕對不允許推力塊（或稱“止推快”）的表面巴氏合金與“平衡推力盤”相接觸。軸位移超標(biāo)意味著“止推軸承”中的平衡推力盤已經(jīng)與主推力塊上的巴氏合金相接觸，并且發(fā)生巴氏合金的磨損，這是極度嚴(yán)重的事故。由于“軸位移”嚴(yán)重超標(biāo)，使得轉(zhuǎn)子的葉輪輪蓋磨損，甚至葉片被擊碎，乃至壓縮機(jī)的機(jī)殼爆裂事故都有發(fā)生。

造成“軸位移”超標(biāo)的原因有氯氣透平壓縮機(jī)出口壓力過高、潤滑油質(zhì)量差等。

a.機(jī)組出口氯氣壓力過高。每一臺壓縮機(jī)都有額定的輸出壓力，在壓縮機(jī)的設(shè)計過程中，“軸向力”的核定計算規(guī)定所能承受的排出壓力?！拜S向力”的形成就是每一級轉(zhuǎn)子高壓端指向低壓端的主軸方向力的合成，因此，超過機(jī)組的排出壓力，“軸向力”自然會增加，就會打破原來的“軸向力”平衡，使得轉(zhuǎn)子的軸向移動數(shù)值增加。國產(chǎn)透平壓縮機(jī)進(jìn)行過試驗，在正常運行工況條件下，軸位移受到超出排出壓力的影響會明顯上升。在排出壓力0.4 MPa（G）工況條件下，運行1天軸位移值上升0.010~0.020 mm；在排出壓力0.48~0.50MPa（G）工況條件下，運行1小時，軸位移值就上升了0.010~0.020 mm。由此可見，超過額定值的壓縮機(jī)排出壓力對主機(jī)運行的影響很大，但在正常的壓縮機(jī)運行指標(biāo)范圍之內(nèi)，一旦排出壓力恢復(fù)到額定值以內(nèi)，軸位移也會逐步恢復(fù)至正常范圍。

國產(chǎn)的氯氣離心式壓縮機(jī)的特性曲線比較趨緩平坦，穩(wěn)定的工況范圍也較大，但是運行的級效率卻較低，導(dǎo)致壓縮機(jī)消耗功率較大；而由國外引進(jìn)的氯氣透平壓縮機(jī)組情況就不同，其設(shè)計的壓縮機(jī)運行級效率很高，同樣生產(chǎn)規(guī)模所消耗的功率就比較少，但是對壓縮機(jī)的出口氯氣壓力有極為嚴(yán)格的規(guī)定，絕對不允許出口壓力超標(biāo)，一旦氯氣壓力超過了額定值，必須向事故氯氣處理塔排氣泄壓，因為氯氣壓力超標(biāo)，氯壓機(jī)就會發(fā)生“喘振”，也就是說設(shè)計的穩(wěn)定工況范圍特別小，根本不考慮操作彈性。因此，使用非國產(chǎn)離心式氯氣透平壓縮機(jī)需要嚴(yán)格控制機(jī)組的出口氯氣壓力。

b.潤滑油質(zhì)量差?！拜S向力”的承載與平衡依賴于“止推軸承”中的平衡推力盤與主、副推力塊之間的楔狀油膜，并將“軸向力”轉(zhuǎn)移到軸承的支座上。這種“止推軸承”是采用徑向安裝的米契爾軸承或者金斯伯雷軸承，在這種徑向安裝的軸承“主止推面”和“副止推面”上分別有8~12塊能活動的，表面有1 mm厚的巴氏合金層的“止推塊”，因此，潤滑油的供給壓力將是形成楔狀油膜并承載軸向力的關(guān)鍵。如果油品的質(zhì)量差，譬如，機(jī)械雜質(zhì)含量高，油品中夾帶的固體顆粒狀的雜質(zhì)就會磨損“止推塊”上的巴氏合金，使得軸位移數(shù)值往正方向移動增大；若是油品的酸值增高，也會使“止推塊”上的巴氏合金被腐蝕掉，使得軸位移數(shù)值正向移動；若是運動黏度過高或者過低，都會影響供油壓力，直接與油膜的形成以及承載能力有關(guān)（油壓力低使得承載能力下降，也會造成軸位移數(shù)值增加）；若是油品的抗乳化度時間過長，使得潤滑油乳化，供油壓力顯然也會大受影響，供油不足，使油膜承載能力下降，這種情況也會使軸位移正向移動。

一般來講，軸位移的報警控制值為由+0.3 mm上升到+0.8 mm以上就自動連鎖停機(jī)。軸位移有2種定值方法，（1）將“止推軸承”中平衡推力盤的位置定在主、副推力塊的中心線上，以此為原點。平衡推力盤向右（朝副推力塊方向為負(fù)值）與副推力塊之間的距離為0.35 mm；平衡推力盤向左（朝主推力塊方向為正值）與主推力塊之間的距離同樣為0.35 mm。如果運行中發(fā)現(xiàn)軸位移達(dá)到+0.3 mm的報警值，這就意味著平衡推力盤與主推力塊的巴氏合金層面即將接觸，即將使推力塊上的巴氏合金層開始發(fā)生磨損。如果發(fā)現(xiàn)軸位移數(shù)值高達(dá)+0.7 mm的連鎖停機(jī)值時，說明主推力塊上的巴氏合金層已經(jīng)磨損掉0.35 mm，達(dá)到了磨損的極限值。（2）將“止推軸承”中平衡推力盤的位置緊靠著副推力塊，以此點為原點，這是因為氯氣透平壓縮機(jī)組運行之前總是靠向副推力塊一側(cè)，一旦機(jī)組運轉(zhuǎn)，軸向力發(fā)揮作用，便逐步向主推力塊方向移動。軸位移數(shù)值為0.7 mm就表示平衡推力盤即將與主推力塊相接觸。從實際運行的合理性出發(fā)，第一種定位方式比較合理、實際一些。

“軸振”是指機(jī)組運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子由于“撓性”所引起的徑向振動。轉(zhuǎn)子的徑向、軸向位移和振動對于機(jī)組的安全、正常運行都是很不利的，同樣會造成轉(zhuǎn)子與固定元件之間的碰撞摩擦。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子徑向振動的原因都是機(jī)械上的緣由，轉(zhuǎn)子變形、轉(zhuǎn)子的同心度沒有找準(zhǔn)、轉(zhuǎn)子的動平衡性能差等，都會造成壓縮機(jī)的運轉(zhuǎn)部件的偏正摩擦，使得壓縮機(jī)的部件發(fā)生振動。“軸振”嚴(yán)重也會產(chǎn)生軸位移，因此，提高壓縮機(jī)的檢修及安裝質(zhì)量，就能有效防止壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向振動。

（2）對于離心式壓縮機(jī)來說，“喘振”是所有故障中危險性最大、最應(yīng)重視的特有故障，一般發(fā)生在壓縮機(jī)組較長時間處于不穩(wěn)定的工況條件下。

從“物理”的角度看，“喘振”是一種低頻率、高振幅的氣流壓力脈沖，這種具有一定能量的氣流脈沖的產(chǎn)生是由于氣流在壓縮機(jī)的“葉片擴(kuò)壓器”、“流道”或葉輪的葉道中發(fā)生了較為嚴(yán)重的邊界層分離和二次渦流現(xiàn)象，擴(kuò)及了整個壓縮機(jī)的“流道”。由于氣流的速度較大（葉輪出口處的氣流線速度為200 m/s），而輸送介質(zhì)氯氣又屬于重氣體，氣流的沖擊損失急劇增加，同時，氣流的有效工作能頭隨著氣體輸送量的減少而下降，氣流的阻力也隨之增加。如果機(jī)組出口的止回閥門有效，壓縮機(jī)的排氣會出現(xiàn)時有時無的跡象；如果機(jī)組出口的止回閥門失效，壓縮機(jī)出口將會發(fā)生時而向氯氣管網(wǎng)排氣，時而氯氣管網(wǎng)中的氣流倒灌入壓縮機(jī)“流道”的現(xiàn)象，氣流如此周而復(fù)始地改變流向，便形成壓縮機(jī)的氣流脈沖。這種強(qiáng)烈的氣流脈沖使得氯氣離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子與固定元件發(fā)生急劇摩擦，機(jī)組發(fā)出轟鳴聲和嚴(yán)重的噪音。由于氣流的沖擊摩擦以及機(jī)械元件摩擦作用，再加上壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的高速度運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的撓度影響，機(jī)身會劇烈振動。在這種氯氣離心式壓縮機(jī)所特有的不穩(wěn)定跳動的工況條件下持續(xù)運轉(zhuǎn)數(shù)秒至數(shù)分鐘，機(jī)組則被全部毀壞。如果此時緊急停機(jī)，轉(zhuǎn)子與固定元件全部粘在一起，再也無法轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致機(jī)組報廢。

壓縮機(jī)組進(jìn)入不穩(wěn)定工況運行，不一定發(fā)生“喘振”。因為“喘振”不具有突發(fā)性，而是有一個能量積聚的過程（或者稱為工況改變過程），完全可以從一些控制的技術(shù)參數(shù)變化中發(fā)現(xiàn)“喘振”的可能性，采取必要的措施防止“喘振”，或者在發(fā)生“喘振”的前兆出現(xiàn)時，及時采取應(yīng)急措施去消除影響，使工況條件改變，轉(zhuǎn)危為安。

壓縮機(jī)的性能曲線與氯氣管路的特性曲線的相交點就是壓縮機(jī)的工作點，工作點處在壓縮機(jī)性能曲線的負(fù)斜率段（壓力與流量的性能曲線），即穩(wěn)定工況區(qū)域內(nèi)。離心式壓縮機(jī)的明顯特點是一旦發(fā)生工作點的偏離，會自動返回到出發(fā)點。但是“喘振工況”與壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況截然不同，具有2個特點：a.氯氣離心式壓縮機(jī)組的性能曲線（壓力或者能頭與流量的性能曲線）在“喘振”工況條件下大多數(shù)呈現(xiàn)駝峰狀，并在氣流量不為零處，有個最高點，即性能曲線是一條有正、負(fù)2個斜率段的曲線，不像穩(wěn)定工況條件下的壓縮機(jī)性能曲線的工作點始終處在負(fù)斜率段。“喘振”工況的工作點往往在性能曲線的正斜率段（氣流量小的那一段）。b.氯氣壓縮機(jī)的輸送介質(zhì)為可壓縮的重氣體，并且與壓縮機(jī)相連的管路容積較大，完全具備積蓄和釋放能量的作用，這就為形成氣流的脈沖提供了方便。

發(fā)生壓縮機(jī)“喘振”時，通過壓縮機(jī)的是最小流量，而這時的氯氣管網(wǎng)中的“端壓”卻是很高的。一般來講，壓縮機(jī)輸出的氯氣流量與管網(wǎng)中的氯氣用量應(yīng)該是相匹配且平衡的，供氣與用氣不會發(fā)生不平衡的矛盾。一旦某個用氣部門發(fā)生故障，減少了用氣量或者停止用氣，管網(wǎng)中的氣流量就會積聚起來，使得管網(wǎng)中的氯氣“端壓”上升，一旦超過了壓縮機(jī)出口的排出壓力，壓縮機(jī)排氣就發(fā)生困難。壓縮機(jī)為了排氣，必然會減少進(jìn)壓縮機(jī)的流量，就使壓縮機(jī)進(jìn)入了“喘振工況”。當(dāng)進(jìn)壓縮機(jī)的氣體流量達(dá)到了最小值時，機(jī)內(nèi)即發(fā)生邊界層的分離和二次渦流，使得阻力大增，沖擊損失劇增。由于氯氣管網(wǎng)中積蓄能量的能力比較大，一旦釋放與積存就會產(chǎn)生氣流的脈動。

對于壓縮機(jī)來說，氣體的進(jìn)口流量減少到壓縮機(jī)無法維持規(guī)定的排出壓力時，也會發(fā)生波動。因此，設(shè)計者著眼于防止壓縮機(jī)組進(jìn)入小流量、高端壓的不穩(wěn)定工況的出現(xiàn)。及時補(bǔ)充氣量和及時降低機(jī)組出口的“端壓”，是防止“喘振”發(fā)生的根本途徑。

為了擴(kuò)大穩(wěn)定工況的范圍，設(shè)計者充分考慮了各種設(shè)計途徑。

a.因為“喘振”發(fā)生在小流量、高端壓的工況條件下，氯氣離心式壓縮機(jī)不應(yīng)該在低于設(shè)計氣流量的情況下運行；小于設(shè)計氣流量運行，容易使機(jī)組進(jìn)入不穩(wěn)定的工況范圍。這樣的操作條件在瞬時是允許的，時間稍長，危險性增大。尤其要注意，在機(jī)組緊急減流量和氯氣用量突然減少的情況下的控制與調(diào)節(jié)。

b.由于壓縮機(jī)采用“段間冷卻”，氣體的“比容”減少，各段進(jìn)口的容積流量逐漸下降。在多級串聯(lián)的情況下，設(shè)計時應(yīng)該考慮逐級提高流量系數(shù)；另外，葉輪的“外徑”、葉輪出口的圓周速度以及葉片出口的安置角應(yīng)該逐級減小，以求得后面有較寬的穩(wěn)定工況范圍。

c.采用“無葉擴(kuò)壓器”可減少壓縮機(jī)級的沖擊損失，并且使得壓縮機(jī)能夠適應(yīng)改變工況的需要，這樣級性能曲線比較平坦，實現(xiàn)擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍的目的。由于“葉片擴(kuò)壓器”的葉片“葉道”的安置角與葉輪葉片安置角的位置不一致，造成“氣旋”發(fā)生，使得“流道”阻力和氣流沖擊損失大增，壓縮機(jī)的特性曲線陡峭，穩(wěn)定工況范圍變小。當(dāng)然，“葉片擴(kuò)壓器”可以調(diào)節(jié)氣流的流通方向，使得氣流在葉片的“葉道”中流動阻力減少。一般來講，壓縮機(jī)的“喘振”最先是從“葉片擴(kuò)壓器”中開始發(fā)生的，而“無葉擴(kuò)壓器”發(fā)生的可能性不大。

d.擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍，盡可能減少邊界層分離發(fā)生的可能性。在氣流的彎道處，曲率半徑盡可能放大些，以減少氣流在彎道處發(fā)生邊界層分離的可能性；在吸氣室、回流管等處，盡可能制成收斂狀，以減少分離損失；增加氣流的動能，提高邊界層穩(wěn)定流動性能，提高壓縮機(jī)的級效率和高效工作區(qū)域。

e.盡可能提高有效能頭，以提高壓縮機(jī)的級效率。在葉輪強(qiáng)度許可的條件下，盡可能提高葉輪的出口圓周速度，因此要合理選用比較高的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣，可以使葉輪的直徑變小。但是，必須注意提高出口速度，要防止氣流的馬赫數(shù)達(dá)到最大值，這樣，可以求得較好的穩(wěn)定工況范圍。轉(zhuǎn)速應(yīng)該遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速，防止共振發(fā)生。還要注意的是，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，壓縮機(jī)的性能曲線斜率越大，穩(wěn)定工況范圍也越窄。對于設(shè)計者來說，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇要權(quán)衡利弊，既要給出的能頭高，又要穩(wěn)定工況范圍寬。

除了壓縮機(jī)可能發(fā)生的“軸振”、“軸位移”及“喘振”之外，氯氣離心式壓縮機(jī)常見的故障還包括氯氣水分超標(biāo)、氯氣中間冷卻器泄漏、氯火、調(diào)節(jié)閥卡死、氯氣壓縮機(jī)無法抽取氣體等，在此不再贅述。

Chlorine gas turbine centrifugal compressor system fault analysis

DING Hai－qiu，ZHAO Hong－yan
（Jiangsu Anbang Electrochemical Co.，Ltd.，Huai＇an 223002，China）

The faults produced the phenomenon and causes and solutions of unit lube oil system，seal gas system，host system of the chlorine gas turbine centrifugal compressor were introduced.

chlorine gas turbine compressor，lube oil，displacement，surge，fault

TQ051.21

B

1009－1785(2011)04-0028-06

2010-12-09