軸流風(fēng)機(jī)流量異常成因分析

楊恩軍+周海賓+劉向陽

摘 要：本文針對(duì)洛陽分公司1催化裂化裝置的靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)流量異常下降的現(xiàn)象，結(jié)合歷史趨勢(shì)和數(shù)據(jù)對(duì)比，根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)的特性進(jìn)行理論分析，推斷故障原因可能為葉片結(jié)垢或靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障。通過停機(jī)解體檢查情況，進(jìn)一步確認(rèn)主因?yàn)槿~片結(jié)垢并進(jìn)行技術(shù)解析，復(fù)原故障演變過程，并提出減少軸流風(fēng)機(jī)此類故障現(xiàn)象需要采取的具體措施。

關(guān)鍵詞：軸流風(fēng)機(jī)；流量異常；葉片結(jié)垢

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.概述

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域中，特別是石油、化工、制冷、動(dòng)力、采礦和冶金等工業(yè)中為了提高工藝氣體的壓力和輸送氣體而廣泛使用壓縮機(jī)。在各類壓縮機(jī)中，軸流式壓縮機(jī)具有效率高、流量大、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，故在大型石油煉制企業(yè)中，催化裂化單元再生器燒焦所需風(fēng)量大而壓力不高，大多選用軸流式壓縮機(jī)。但軸流式壓縮機(jī)也存在穩(wěn)定工作范圍較窄、對(duì)工質(zhì)中的雜質(zhì)敏感、葉片易受磨損等缺點(diǎn)，所以為了保證軸流式壓縮機(jī)組安全可靠運(yùn)行，要配置高精度的空氣過濾器來滿足機(jī)組對(duì)壓縮氣體的要求。

1.軸流風(fēng)機(jī)的特性

（1）軸流風(fēng)機(jī)入口空氣的溫度、濕度變化對(duì)流量的影響符合氣體狀態(tài)方程。實(shí)際生產(chǎn)中，其變化值也可參考機(jī)組喘振線的標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比印證。

（2）由于軸流風(fēng)機(jī)主要是依靠葉柵的擴(kuò)壓作用來提高氣體壓力，氣流沖角對(duì)葉柵的性能非常敏感。在實(shí)際應(yīng)用中，一般通過改變靜葉柵角度（即通常所說的靜葉角度）來改變氣流沖角，從而使機(jī)組的風(fēng)量發(fā)生變化來調(diào)節(jié)風(fēng)量，達(dá)到在滿足工藝要求的前提下降低動(dòng)力消耗。

（3）軸流風(fēng)機(jī)動(dòng)靜葉片的葉型決定了葉柵的級(jí)壓比和效率，決定了風(fēng)機(jī)的整機(jī)性能。目前軸流風(fēng)機(jī)的動(dòng)靜葉片大多為三元流設(shè)計(jì)，整機(jī)效率較高。但由于精度較高，若外部干擾因素造成葉片損傷或者葉片結(jié)垢即葉型發(fā)生了改變，那么壓縮機(jī)的壓縮比和效率就會(huì)下降，葉片的結(jié)垢問題還會(huì)造成軸流風(fēng)機(jī)的操作范圍變窄，在極端情況下會(huì)影響到軸系的動(dòng)平衡而造成停機(jī)事故。

2.風(fēng)機(jī)流量異常現(xiàn)象分析

2013年1月～2月份長(zhǎng)期持續(xù)霧霾天氣，洛陽分公司1#催化裂化裝置為再生器燒焦供風(fēng)的靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)（工藝編號(hào)：3#主風(fēng)機(jī)組）在靜葉幾乎全開的狀態(tài)下風(fēng)量日趨變小，且每天伴隨著氣溫的變化，風(fēng)量波動(dòng)幅度超過正常值。為了防止機(jī)組喘振，不得不降低風(fēng)機(jī)出口壓力來控制機(jī)組的喘振余量，從而導(dǎo)致再生器的壓力過低，燒焦效果變差，產(chǎn)品分布惡化，裝置指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益下降。若機(jī)組工況進(jìn)一步惡化，很可能造成裝置大幅降量甚至緊急停工。

為了判斷機(jī)組運(yùn)行工況的變化趨勢(shì)，對(duì)機(jī)組入口溫度、流量、靜葉開度和出口壓力等主要參數(shù)從1月份至2月初的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行了匯總分析，在入口溫度0～10℃變化范圍不大的情況下，1月19日前入口風(fēng)量平均值大約為2450Nm3/min，2月初逐步下降至平均2350Nm3/min。1月19日前風(fēng)機(jī)出口壓力能夠維持在0.23MPaG，隨后即使不斷開大靜葉角度，風(fēng)量沒有上升反而下降，2月初逐步降至0.2～0.21MPaG。這說明和正常情況相比，開大靜葉角度對(duì)風(fēng)量的提高已經(jīng)失效，在靜葉角度保持接近全開的情況下，風(fēng)量和出口壓力均出現(xiàn)了大幅下降的現(xiàn)象。從整機(jī)性能來講，風(fēng)機(jī)的能力嚴(yán)重下滑。

在氣溫變化較快和靜葉微調(diào)時(shí)，風(fēng)量出現(xiàn)了突降突升的異常趨勢(shì)。通過軸系的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值也出現(xiàn)較小范圍的波動(dòng)，以出口振動(dòng)值變化較明顯。這說明外部因素已經(jīng)嚴(yán)重干擾到風(fēng)量的穩(wěn)定。但風(fēng)量的突降之后能夠迅速恢復(fù)，就比較難以理解。若是動(dòng)或（和）靜葉片結(jié)垢造成葉片的葉型改變。則風(fēng)量的突降之后迅速回升較容易理解，但結(jié)垢能否造成風(fēng)量的幅度突降突升需要進(jìn)行考證。

3.機(jī)組檢修及主因確認(rèn)

通過以上分析，雖然無法最終確認(rèn)原因，但無論是靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)的問題還是葉片結(jié)垢的問題都需要停機(jī)檢查和檢修，因此在做好備用的1#主風(fēng)機(jī)組試運(yùn)工作后，于2013年5月14日將3#主風(fēng)機(jī)組切至1#主風(fēng)機(jī)組運(yùn)行。隨后，在3#主風(fēng)機(jī)組無負(fù)荷的情況下對(duì)靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果為能夠在正常范圍內(nèi)動(dòng)作，但存在動(dòng)作滯后的現(xiàn)象。次日對(duì)3#主風(fēng)機(jī)組進(jìn)行解體檢修。

3.1 機(jī)組解體檢查情況

（1）入口導(dǎo)葉和一、二級(jí)靜葉結(jié)垢較為嚴(yán)重，尤其是一級(jí)和二級(jí)靜葉的迎風(fēng)面結(jié)垢非常厚且表面凹凸不平，靠近機(jī)組里側(cè)比外側(cè)結(jié)垢嚴(yán)重。從流動(dòng)特性來分析，由于機(jī)組外側(cè)氣流的圓周速度較高，故外側(cè)結(jié)垢較??；在靜葉接近全開位置時(shí)，由于迎風(fēng)面結(jié)垢較厚且表面凹凸不平，導(dǎo)致氣流在葉弧處的正沖角度不一致，導(dǎo)致氣流旋渦的產(chǎn)生，流動(dòng)方向較為發(fā)散，形成二次流，造成風(fēng)機(jī)能量損失加大，效率下降和風(fēng)量的劇烈變化。由于存在多級(jí)動(dòng)靜葉片，故存在疊加放大的作用，但以端部基元級(jí)即第一級(jí)最為嚴(yán)重。因此，從葉片的原始葉型和目前的葉型對(duì)比來說，原始的動(dòng)靜葉片均為三元流設(shè)計(jì)，葉片呈現(xiàn)較為完美的流線型弧線。而葉片結(jié)垢后葉片的弧線將不在是光滑的圓弧過渡或者說不是流線型。當(dāng)氣流沖角發(fā)生變化并且在葉弧處的沖角不一致時(shí)氣流的流動(dòng)方向發(fā)生了較大改變，表現(xiàn)出風(fēng)量的劇烈變化。

（2）一級(jí)動(dòng)葉受力面的結(jié)垢比葉背弧結(jié)垢嚴(yán)重，受力面的葉根結(jié)垢嚴(yán)重，葉頂則基本沒有結(jié)垢，同樣說明了因機(jī)組外側(cè)即葉頂?shù)木€速度較高，故越靠近葉根則結(jié)垢越嚴(yán)重。同時(shí)由于受力面存在較大的正壓力，高速行進(jìn)中的黏性物質(zhì)黏結(jié)在在葉片的受力面上，而葉背弧正壓力要小得多而僅是在正沖著氣流的葉片邊緣上附著。由于動(dòng)葉片與氣流之間的相對(duì)速度要比靜葉片與氣流之間的相對(duì)速度大，故靜葉片要比動(dòng)葉片結(jié)垢嚴(yán)重得多。

（3）靜葉片的轉(zhuǎn)軸處也存在積灰或結(jié)垢現(xiàn)象?？紤]到3#主風(fēng)機(jī)組從1989年投用至今，靜葉片轉(zhuǎn)軸處的石墨軸承一直沒有更換過，因此將轉(zhuǎn)軸和石墨軸承解體，發(fā)現(xiàn)石墨軸承存在磨損導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸和石墨軸承之間存在縫隙，超過允許值，從而為灰塵和水汽的侵入創(chuàng)造了條件。隨著濕灰塵長(zhǎng)時(shí)間的沉積導(dǎo)致靜葉活動(dòng)不靈敏。

通過以上檢查情況和分析判斷，可以確定：導(dǎo)致風(fēng)量異常波動(dòng)、壓縮機(jī)壓比下降、效率降低的主要原因是動(dòng)靜葉片結(jié)垢。

3.2 結(jié)垢物質(zhì)化驗(yàn)分析情況

對(duì)結(jié)垢物質(zhì)進(jìn)行取樣，在化驗(yàn)分析時(shí)考慮到周邊環(huán)境大氣中可能產(chǎn)生的污染源和化驗(yàn)分析的方法，以確認(rèn)有機(jī)物和無機(jī)物的比例為目標(biāo)進(jìn)行化驗(yàn)?；?yàn)結(jié)果顯示，結(jié)垢物質(zhì)中90%以上的成分能夠燃燒，殘留的灰分小于10%。因此，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)性質(zhì)和周邊環(huán)境推斷：結(jié)垢物質(zhì)中存在微小的焦粉、煤粉、重質(zhì)油氣等有機(jī)物，同時(shí)存在少量無機(jī)物粉塵。

結(jié)語

為了避免出現(xiàn)同類事故，應(yīng)從檢修質(zhì)量、入口過濾器維護(hù)和環(huán)境治理等方面做好防范措施：

（1）機(jī)組檢修時(shí)應(yīng)盡可能將機(jī)組入口管道、機(jī)組內(nèi)部構(gòu)件清洗干凈，確保動(dòng)靜葉片上沒有污垢。

（2）檢修時(shí)確保各運(yùn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈敏到位，同時(shí)盡可能提高動(dòng)靜葉片本身的光潔度，降低固體顆粒附著的機(jī)率。

（3）空氣入口過濾器的過濾精度要適中并提高過濾效率，減少固體顆粒的攜帶量。當(dāng)遇到霧霾天氣時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換過濾器濾芯，不得犧牲過濾效果來提高風(fēng)量。

（4）加強(qiáng)周圍環(huán)境污染的治理工作，減少大氣中顆粒物的含量。

參考文獻(xiàn)

[1]黃鐘岳，等.透平式壓縮機(jī)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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