大型離心式空壓機(jī)組長周期運(yùn)行探討

王新花 王 宇

（中國石油蘭州石化公司)

0 前言

中國石油蘭州石化公司第一空壓站是公司煉油裝置的風(fēng)氮供應(yīng)中心，是動力系統(tǒng)的重要組成部分?？諌赫竞诵脑O(shè)備是大型離心式空氣壓縮機(jī)組，該機(jī)組能否長周期穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到公司煉油裝置能否安全運(yùn)行，因此有必要對該機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行專項(xiàng)監(jiān)測和研究。

本文針對該空壓站空氣壓縮機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常情況，分析了溫度、葉輪結(jié)垢、葉輪磨損和中間冷卻器堵塞等因素對空壓機(jī)組運(yùn)行的影響，提出了合理可靠的運(yùn)行參數(shù)、控制方法和改進(jìn)措施。

1 溫度對空壓機(jī)組運(yùn)行的影響

1.1 潤滑油溫度

離心式壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高，通常情況下為5000～15000 r/min。為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，在滑動軸承和增速箱等部位必須采用強(qiáng)制潤滑。強(qiáng)制潤滑的主要目的是減少摩擦以及降低潤滑點(diǎn)的溫度。如果潤滑油溫度過低，則造成摩擦增加，使零部件異常磨損，降低使用壽命，同時還會增大機(jī)組能耗。如果潤滑油溫度過高，則可能造成零部件高溫失效，損壞零部件，甚至發(fā)生事故。因此潤滑油溫度對空壓機(jī)組的運(yùn)行狀況起著決定性的作用，必須重點(diǎn)監(jiān)測。

一般情況下，空壓機(jī)組開機(jī)時，潤滑油溫必須在35℃以上。在北方地區(qū)，冬季環(huán)境溫度較低，因此在開機(jī)前必須打開潤滑油箱電加熱器，對潤滑油進(jìn)行加熱；同時需要關(guān)閉潤滑油冷卻器的外接循環(huán)冷卻水，即使無法關(guān)閉也應(yīng)該降低循環(huán)冷卻水的流量。

機(jī)組潤滑油溫過高主要發(fā)生在機(jī)組運(yùn)行過程中。以第一空壓站所用的英格索蘭機(jī)組為例，要求機(jī)組潤滑油溫必須控制在45～49℃之間，高于49℃則可能造成潤滑油質(zhì)變差，降低潤滑效果。導(dǎo)致油溫過高的因素較多，且主要發(fā)生在夏季。主要原因有氣溫過高、循環(huán)冷卻水的溫度較高、油冷卻器堵塞、油冷卻器效率低等。表1是常見的故障原因及解決方案[1]。

表1 潤滑油溫過高的原因及解決方案

1.2 中間冷卻器溫度

中間冷卻器位于多級壓縮機(jī)的兩級之間，用于冷卻經(jīng)前級壓縮機(jī)排出的壓縮空氣，起到提高后級壓縮機(jī)工作效率的目的。中間冷卻器有壓縮機(jī)之肺的形象比喻，它的冷卻效果和可靠性直接影響壓縮機(jī)的啟動性能和整機(jī)效率。中間冷卻器的冷卻效果不好，還可能會使得某一級葉輪進(jìn)入喘振工作區(qū)，從而導(dǎo)致整個機(jī)組喘振。

圖1是在不同的中間冷卻器循環(huán)冷卻水溫度下空壓機(jī)的性能試驗(yàn)曲線。由圖1明顯可見，當(dāng)冷卻水溫度由10℃升至30℃時，空壓機(jī)的性能大幅下降 [2-3]。

經(jīng)過長期的實(shí)際操作及調(diào)整優(yōu)化可知，中間冷卻器的溫度以控制在30～38℃之間為宜。溫度過低會使壓縮空氣中的水分大量析出，水來不及排放就會進(jìn)入下一級，導(dǎo)致機(jī)組振動加劇或葉輪損壞；溫度過高則使機(jī)組能耗增大、效率下降，并易導(dǎo)致機(jī)組末級溫度超高而聯(lián)鎖停機(jī)。

圖1 空壓機(jī)性能曲線

表2是中間冷卻器溫度過高的故障原因及解決方案[1]。

表2 中間冷卻器溫度過高的原因及解決方案

1.3 環(huán)境氣溫度

空壓機(jī)的壓縮介質(zhì)是空氣，環(huán)境溫度的高低對壓縮機(jī)運(yùn)行也會產(chǎn)生重大影響。如果環(huán)境溫度過高，將使機(jī)組吸入氣體溫度過高，導(dǎo)致排氣量減少、能耗增大、生產(chǎn)率降低。

夏季蘭州地區(qū)的氣溫較高，再加上機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量，使廠房內(nèi)溫度一般在40～50℃之間。針對廠房通風(fēng)情況，第一空壓站在2005年將廠房上層窗戶更換為鋼制百葉窗，解決了廠房夏季通風(fēng)問題，使機(jī)組的環(huán)境溫度控制在一個合理的范圍內(nèi)。

2 葉輪結(jié)垢對空壓機(jī)組運(yùn)行的影響

葉輪表面結(jié)垢是空壓機(jī)運(yùn)行過程中的一種常見現(xiàn)象，特別是在入口過濾器長時間使用以后，葉輪表面更易結(jié)垢。葉輪結(jié)垢會造成動平衡破壞，機(jī)組發(fā)生異常振動，且振動持續(xù)上升，最終導(dǎo)致機(jī)組故障停車。為了解決這一問題，曾采取了很多措施。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，以下措施效果較好。

（1）定期清洗葉輪和擴(kuò)壓器，檢修周期為每年一次。

（2）由于蘭州大氣中的粉塵含量較高，為了減少進(jìn)入空壓機(jī)的粉塵量，適當(dāng)提高了壓縮機(jī)過濾器濾芯的過濾精度。

（3）對入口過濾器壓差加強(qiáng)監(jiān)測，根據(jù)壓差情況及時更換過濾器或清洗濾芯。

（4）加強(qiáng)管道、過濾器等部件的密封，并定期檢查，防止密封不良導(dǎo)致粉塵進(jìn)入。

3 葉輪磨損對空壓機(jī)組運(yùn)行的影響

在機(jī)組檢修時發(fā)現(xiàn)，在葉輪上經(jīng)常發(fā)生磨損現(xiàn)象，有時磨損還比較嚴(yán)重，如圖2所示。葉輪磨損也會造成動平衡破壞，對空壓機(jī)的運(yùn)行十分不利。經(jīng)過查閱資料可知，造成葉輪磨損的原因通常是冷凝水、銹渣等雜質(zhì)進(jìn)入了葉輪中[2-3]。

圖2 葉輪磨損照片

為了減緩葉輪磨損，采取了如下措施：

（1）給每個中間冷卻器都增加了電子疏水器，確保冷凝液能夠全部排出。

（2）將連接中間冷卻器的疏水器的旁通閥保持一定開度，避免中間冷卻器內(nèi)的積水進(jìn)入下一級。

（3）控制中間冷卻器出口的空氣溫度大于30℃，防止過多的冷凝水析出。

（4）對各級的管道內(nèi)部進(jìn)行防腐、防銹處理，避免管道產(chǎn)生銹蝕。

經(jīng)過運(yùn)行考核證明，這些措施可以有效地減緩葉輪的磨損，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性。

4 中間冷卻器堵塞對空壓機(jī)組運(yùn)行的影響

前面已經(jīng)論述了中間冷卻器冷卻水溫度對空壓機(jī)組運(yùn)行的影響。在空壓機(jī)運(yùn)行過程中，往往還會發(fā)生中間冷卻器堵塞的情況，從而造成冷卻水流動不暢，導(dǎo)致空壓機(jī)各級排氣溫度急劇升高。經(jīng)過分析可知，循環(huán)水質(zhì)差是中間冷卻器堵塞的直接原因。表3是中間冷卻器清洗前后空壓機(jī)各級的溫度情況。

表3 中間冷卻器清洗前后空壓機(jī)溫度參數(shù)

從表3可以看出，清洗后空壓機(jī)各級風(fēng)溫均有顯著降低，這對空壓機(jī)的安全可靠運(yùn)行是非常有利的，因此必須定期清洗中間冷卻器。

5 結(jié)論

（1）溫度是空壓機(jī)的核心運(yùn)行參數(shù)之一，必須對關(guān)鍵點(diǎn)的溫度進(jìn)行監(jiān)測，確保其在合理的范圍內(nèi)，否則應(yīng)當(dāng)及時采取措施調(diào)整。

（2）動平衡是葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)的必備條件。葉輪結(jié)垢、葉輪磨損都會導(dǎo)致動平衡被破壞，從而導(dǎo)致振動升高，嚴(yán)重時還可能損害設(shè)備乃至發(fā)生事故。因此，必須對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，必須采取措施減緩其發(fā)生。

（3）中間冷卻器是保證空壓機(jī)組長周期穩(wěn)定運(yùn)行的核心設(shè)備之一，除了需要控制其操作溫度外，還需防止其堵塞。最好設(shè)置傳感器監(jiān)測中間冷卻器的外接循環(huán)水的溫度和流量，同時定期清洗中間冷卻器。

（4）影響空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的因素很多，本文僅論述了第一空壓站實(shí)際出現(xiàn)的主要問題，對于其他因素還需要在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證。

[1] 陳宗華，梁曉剛，秦云龍，等.大型離心式壓縮機(jī)組常見故障原因分析及處理 [J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2004， 25(1)： 47-52.

[2] 威廉·迪莫普朗.壓縮機(jī)指南 [M].薛敦松，汪云瑛譯.北京：烴加工出版社，1988：118-141.

[3] 王志清.離心式壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)與保護(hù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983：95-115.