C 180M×3 N 2型離心式壓縮機故障分析與處理

岳海文

（安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠，河南安陽 455004）

1 設備概況

安陽鋼鐵公司制氧廠C 180M×3 N 2型離心式壓縮機為美國英格索蘭公司制造，采用三級壓縮三級冷卻。當氣體通過安裝在機組上的進氣控制閥進入壓縮機的第一級，在葉輪高速旋轉(zhuǎn)下，使氣體具有很高的速度。然后氣體進入擴壓器部分，在那里將氣體速度轉(zhuǎn)化成壓力，然后通過組裝在機組中的中間冷卻器去除壓縮過程中所產(chǎn)生的熱量，從而提高壓縮效率。然后氣體在運動的低速區(qū)通過不銹鋼的水氣分離器除去冷凝水，以降低氣體所帶的水分。此后，這樣的過程再次重復，直到達到設定工作壓力。該機組設計流量為25000m3/h，吸入壓力為0.105M Pa，排氣壓力為1.1M Pa，配備電機轉(zhuǎn)速為1448r/m i n，功率為3750H P，于2004年11月28日投產(chǎn)，主要為用戶提供低壓氮氣。

2 故障經(jīng)過及檢查情況

根據(jù)生產(chǎn)需要，2011年11月24日空分正常啟動，氮純度符合要求后開始啟動C 180M×3 N 2型氮壓機，經(jīng)過如下：

00：00：00啟動C 180M×3 N 2氮壓機輔助油泵，油溫油壓正常。

10：04：15對氮壓機送高壓電，檢查進出口閥，油溫油壓，一切正常后按啟動鍵啟動。

10：05：58按加載鍵加載，二級軸振動10.6 μm。

10：05：58二級軸振動明顯增高，呈加速上漲趨勢。

10：06：26二級軸振動達到了聯(lián)鎖停車值而聯(lián)鎖停車，此后氮壓機進行惰轉(zhuǎn)。振動值沒有隨著停車而降低，反而繼續(xù)增高至滿表而后迅速降為零，瞬間又達到滿表。最后隨著惰轉(zhuǎn)結(jié)束，振動緩慢降為零。具體過程參照圖1。

圖1 氮壓機二級振動參數(shù)與電流曲線圖

由于二級軸振動的振幅在極短的時間內(nèi)增高而導致了聯(lián)鎖停車，初步判斷為振動探頭出現(xiàn)故障，及時對振動探頭進行檢測，確定探頭工作正常。盤車檢查，發(fā)現(xiàn)軸振動為8μm，比平時(6μm)略高。為了確定氮壓機是否真實存在振動故障，決定重新啟動C 180M×3 N 2型氮壓機，11：15：40重新啟動氮壓機，啟動鍵按下后，氮壓機啟動，電流上漲，振動值也在極短的時間內(nèi)達到聯(lián)鎖值而停車，振動值迅速增高到滿表而后慢慢降為零。具體過程參照圖2。

圖2 氮壓機二級振動參數(shù)與電流曲線圖

再次檢查儀控部分，確定儀控部分工作正常，再次盤車時發(fā)現(xiàn)軸振動值為12μm，已經(jīng)大大超過了正常值，初步判斷二級確實存在機械故障而導致了聯(lián)鎖停車。

在對氮壓機二級解體后發(fā)現(xiàn)葉輪每個葉片外邊緣有不同程度的磨損，而擴壓器內(nèi)襯上，跟葉輪對應的氣道壁一圈有嚴重的磨損，大量的鋁屑散落，最厚的鋁屑厚度達到了0.5m m。葉輪葉片磨損量經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，最高葉片與最低葉片相差2m m左右，擴壓器最高與最低處相差4m m左右，說明葉輪與擴壓器發(fā)生過嚴重磨擦。在檢查軸承時發(fā)現(xiàn)軸承瓦塊上有積碳，并且前軸承已經(jīng)嚴重磨損，后軸承有輕微的磨損，推力軸承有輕微的磨損。

3 故障分析

壓縮機按正常程序啟動，機組兩次因二級軸振動高造成聯(lián)鎖停車，基本排除偶然因素造成的振動值瞬間增大導致聯(lián)鎖停車，根據(jù)故障檢查情況，擴壓器內(nèi)襯與葉輪嚴重磨擦，前后徑向軸承磨損，針對故障現(xiàn)象，分析造成這次事故原因有兩種可能：一種是葉輪與擴壓器先發(fā)生磨擦，徑向軸承損壞。葉輪與擴壓器軸向串動間隙過小，機組多年的連續(xù)運行會使止推軸瓦有所磨損，止推間隙增大，在啟動過程中，葉輪與擴壓器有輕微接觸，轉(zhuǎn)子組件的動平衡遭到破壞，葉輪與擴壓器接觸受損后，造成轉(zhuǎn)子組件的動不平衡更加嚴重，引起振動升高；在高轉(zhuǎn)速、高振動的運行環(huán)境下，徑向軸瓦的負荷突然加大，導致軸瓦加速磨損，進而軸承損壞，使葉輪的運行更加惡化，振動急劇升高，導致聯(lián)鎖停車。另一種是徑向軸承先損壞，葉輪與擴壓器發(fā)生磨擦。由于機組長期運行，加上該機組不時有喘振現(xiàn)象發(fā)生，機組在加載前，軸承承受的負荷很小，運轉(zhuǎn)正常；當開始加載時，葉輪的負荷迅速加大，軸承急劇磨損，間隙變大，引起徑向軸承突然失效，造成葉輪與擴壓器磨擦，損壞了擴壓器與葉輪，進而造成轉(zhuǎn)子組件的動平衡被破壞，振動又進一步升高聯(lián)鎖停車。

以上兩種原因都會導致相同的故障結(jié)果，但是根據(jù)英格索蘭設備具有的自我保護功能，當軸承振動超過聯(lián)鎖值時，就會聯(lián)鎖停車，因此，應該是第二種原因造成的事故。

4 故障處理

根據(jù)解體檢查情況及故障原因分析，作了以下處理：

（1）修復二級葉輪及擴壓器。由于二級葉輪及擴壓器磨損嚴重，根據(jù)廠家建議，需要對其進行更換，但是該機組是進口設備，備件的加工制造周期很長，而且價格昂貴，大約需要100萬元左右。考慮到盡快恢復生產(chǎn)，同時降低設備的維護費用，決定對損毀的工作輪及擴壓器尋求國內(nèi)廠家進行修復。首先對損毀的工作輪及擴壓器進行掃描測繪，力爭最大限度地恢復其原有尺寸；依據(jù)測繪尺寸制作樣板備件，并以此調(diào)整裝配尺寸；最終以樣板備件對損毀備件進行修復，進而實現(xiàn)損毀備件的運行功能。

（2）由于二級前后徑向軸承已經(jīng)損壞，無法修復，更換了軸承。

（3）檢查并調(diào)整一、二、三級擴壓器與葉輪串動間隙，適當增大擴壓器與葉輪串動間隙，使機組運行更加安全。

（4）檢查并調(diào)整一、二、三級推力軸承間隙，確保其在允許的范圍內(nèi)。

（5）重新對電機與壓縮機進行對中找正。

經(jīng)過處理后，各部間隙都在允許的范圍內(nèi)，能夠滿足機組技術要求。

5 試車情況

表1 一、二、三級轉(zhuǎn)子推力間隙和葉輪與擴壓器軸向串動間隙調(diào)整數(shù)據(jù) m m

全部回裝完畢后盤車檢查，發(fā)現(xiàn)二級振動最高為8μm，較事故前稍高。2012年2月9日用空氣試車，第一次開車由于空氣密封氣壓力低原因造成聯(lián)鎖停車，第二次改用管網(wǎng)氮氣作密封氣再次啟動，各級振動值如表2。

表2 檢修前后振動值 μm

二級振動比起一、三級高了一點，但運行很平穩(wěn)，也在允許的范圍內(nèi)，而且原來頻繁的喘振現(xiàn)象也有所減少，排氣量較檢修前有了較大提高，增加了超過1000m3/h氣量，達到了26000m3/h，達到甚至超過其設計流量。

6 結(jié)語

通過此次故障排除和設備檢修，我們從中吸取了一些教訓，也從中積累了經(jīng)驗，供同類機組參考。保持機組長期平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，避免頻繁開停；加強設備點檢，及時排查設備隱患；加強機組狀態(tài)運行參數(shù)實時監(jiān)控，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過采取相關措施，避免機組故障發(fā)生，進而避免造成設備重大損失[1]。

[1]毛紹融，朱塑元，周智勇.現(xiàn)代空分設備技術與操作原理[M].浙江：杭州出版社，2005.