離心空壓機擴壓器損壞原因分析及預防

靳海斌

（湖南華菱湘潭鋼鐵股份有限公司動力廠,湖南湘潭 411101）

1 引言

華菱湘潭鋼鐵股份有限公司動力廠三空壓站配置有5臺P700-2250型離心式空壓機，排氣壓力0.8 MPa，流量：250 m3/min，一級葉輪轉(zhuǎn)速 30000 r/min，二級葉輪轉(zhuǎn)速50000 r/min；主要為5 m寬厚板廠提供壓縮空氣。在定修進行葉輪清灰時，發(fā)現(xiàn)一級擴壓器導葉出現(xiàn)裂紋或局部脫落，其現(xiàn)象見下圖1。

圖1 擴壓器導葉裂紋或者局部脫產(chǎn)落現(xiàn)象

針對上述出現(xiàn)問題分析如下。

2 空壓機結(jié)構(gòu)及工作流程

空壓機結(jié)構(gòu)及工作流程情況如圖2。

圖2中：1——空氣由自潔式空氣過濾器出口進入壓縮機進口管

2——空氣經(jīng)過第一級葉輪和第一級擴壓器壓縮后進入蝸殼

3——熱量和冷凝水在第一級中間冷卻器中被帶走

4——空氣經(jīng)過第二級葉輪和第二級擴壓器進一步壓縮

5——更多的熱量和冷凝水在第二級中間冷卻器中被帶走

6——空氣在第三級葉輪和第三級擴壓器被壓縮到最終壓力

7——空氣由出口排出經(jīng)過后冷卻器進一步冷卻后進入用戶系統(tǒng).

圖2 空壓機結(jié)構(gòu)及工作流程

3 損壞原因分析

從擴壓器表面和導葉損壞部位沖刷痕跡觀察，初步分析認為工作介質(zhì)對它的影響的可能性較大。因為損壞的為第一級擴壓器，擴壓器前設(shè)備工藝流程各環(huán)節(jié)狀況需要進行檢查、分析情況如下：

（1）檢查自潔式空氣過濾器（以下簡稱“空氣過濾器”）凈氣室內(nèi)情況：打開其上部人孔蓋，檢查凈氣室內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)只有一些清灰，內(nèi)壁無銹蝕。

（2）空氣過濾器出口連接空壓機入口的管道：因在設(shè)計和安裝時，將連接管道設(shè)計為不銹鋼卷板制作，管道內(nèi)壁因不存在銹蝕的情況。

（3）空壓機入口管道和入口膨脹節(jié)的法蘭連接處以及空氣過濾器出口法蘭和管道法蘭連接處：空壓機入口管道處的法蘭為廠家進口石棉墊，螺栓無松動情況，在機組運行中該部位未發(fā)現(xiàn)存在吸氣情況；空氣過濾器出口法蘭在室外，長期經(jīng)過風吹雨淋，已出現(xiàn)銹蝕的情況，但在凈氣室內(nèi)檢查法蘭內(nèi)部無銹蝕情況。

（4）空氣過濾器的濾筒安裝方法：濾筒均按照其內(nèi)部孔的橡膠墊的位置安裝，未出現(xiàn)明顯偏差，從空氣過濾器橡膠墊與過濾器接觸的部分的灰塵痕跡可以證明這一點。

（5）過濾器濾筒的過濾精度：過濾器的精度由其濾筒的精度決定，但濾筒的精度是否達到了產(chǎn)品銘牌名義進度，現(xiàn)場未進行過檢驗；對于空壓機來說，其工作介質(zhì)空氣的質(zhì)量是設(shè)備重要的工況指標，必須進行驗證。為此，我們借助廠家專業(yè)儀器對其進行了檢測，情況如下：

a、檢測儀器：BCJ-1系列塵埃粒子計數(shù)器

b、檢測方法：對自潔式空氣過濾器入口、出口空氣定點、定時取樣進行統(tǒng)計分析

c、檢測數(shù)據(jù)如下表1、表2。過濾器的過濾效率=×100%

表1 過濾器前的檢測數(shù)據(jù)

經(jīng)上公式計算得出的各粒徑過濾效率如下：

顆粒直徑為5 μm過濾效率：49.3%

顆粒直徑為2 μm過濾效率：54.6%

顆粒直徑為1 μm過濾效率：49.7%

顆粒直徑為0.7 μm過濾效率：42.4%

顆粒直徑為0.5 μm過濾效率：37.2%

顆粒直徑為0.3 μm過濾效率：27.9%

經(jīng)現(xiàn)場對照自潔式空氣過濾器的銘牌上的技術(shù)參數(shù)，當顆粒為2 μm時，其過濾效率應(yīng)為99.5%，而經(jīng)過檢測數(shù)據(jù)計算的實際過濾效率只有54.6%，兩者相差近1倍，可以證明進入空壓機的空氣介質(zhì)質(zhì)量滿足不了其工況要求。

經(jīng)過上述一系列檢查分析，確定擴壓器導葉裂紋和局部脫落原因有三：

（1）自潔式空氣過濾器精度低或性能下降，不能滿足空壓機工況要求，未能有效過濾空氣中的顆粒，從而使較大顆粒塵埃進入離心機，被加速后高速撞擊一級擴壓器，從而導致擴壓器葉片疲勞受損。

（2）空壓站外部環(huán)境影響空氣質(zhì)量，空壓站地處主要交通要道附近，過往的大型貨車帶起的灰塵很重，通過過濾器吸入機組；根據(jù)某權(quán)威空壓機廠家在國內(nèi)數(shù)家大型鋼鐵企業(yè)空壓站所做的空氣質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)顯示，均為最嚴重污染的GX級.表明對于空壓機而言，鋼鐵企業(yè)周邊的空氣污染實際上已是一個不容忽視的問題。

（3）擴壓器的材質(zhì)強度不足，在一定程度上也導致了其損壞的可能性；據(jù)了解，目前離心機的擴壓器的材質(zhì)主要為不銹鋼和鋁合金材質(zhì)，兩種材質(zhì)的硬度和可靠性各有優(yōu)缺。中國目前鋼鐵企業(yè)空壓站使用較多的空壓機主要有英格索蘭、美國復盛、日本壽力、韓國三星等。各個廠家的空壓機的一級擴壓器也不盡相同，有不銹鋼、鋁合金以及鑄鐵等材質(zhì)。經(jīng)查三空壓站離心機壓廠家提供的資料，其擴壓器材質(zhì)為鋁合金，材質(zhì)較軟，強度較低，我們認為在空氣環(huán)境惡劣的區(qū)域是不能滿足使用要求的。

表2 過濾器后的檢測數(shù)據(jù)

4 預防措施和對策

（1）有計劃或者當過濾器壓差超過 10"（254mm）H2O=2500 Pa壓力時，檢查空壓機入口過濾器性能參數(shù)。

(2)在自潔式空氣過濾器粗過濾網(wǎng)上加裝DV過濾布，增加其粗過濾效果，同時防雨水進入空壓機入口過濾器濾筒。

(3)定期檢查空壓機入口過濾器外殼，進氣管道，及時檢修處理漏氣的部位。

(4)選用或更換成高強度設(shè)計的擴壓器以抵御異物沖擊的影響。

(5)嚴格按照國家標準采購自潔式空氣過濾器濾筒，保證過濾精度和效率；1年定期更換全部濾筒，保證濾筒性能滿足要求。

5 結(jié)束語

本文通過介紹一種離心式空壓機擴壓器出現(xiàn)損壞的分析方法，全面系統(tǒng)的分析了可能導致?lián)p壞的多種因素，為其他同行業(yè)空壓機出現(xiàn)類似的情況提供了一定的參考基礎(chǔ)，由于過濾器內(nèi)部狀況可以人眼觀察到，較容易排除，但過濾器濾筒的精度則無法通過肉眼進行分辨，需借助專業(yè)儀器進行檢測，不僅保證空壓機的運行工況，更重要的是保證設(shè)備穩(wěn)定、高效性能。另外，在空壓站周圍環(huán)境較差時要保證離心機可以長周期穩(wěn)定運行，對第一級擴壓器優(yōu)先選用不銹鋼材質(zhì)，不僅可以大大降低腐蝕性氣體對擴壓器導葉和葉輪的影響，同時也可延長零部件壽命，且長期運行中體現(xiàn)節(jié)能效果。