透平機(jī)的穩(wěn)定性運(yùn)行技術(shù)探討

劉 海

（東營市赫邦化工有限公司，山東 東營 257091）

東營市赫邦化工有限公司隸屬于山東?？苹ぜ瘓F(tuán)，目前燒堿生產(chǎn)能力為20萬t/a（燒堿折百），環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)能力為3萬t/a。氯氣和氯化氫兩種氣體均采用國產(chǎn)離心式透平機(jī)壓縮輸送，2013年投入運(yùn)行，目前狀況良好。

1 透平機(jī)規(guī)格型號（見表1）

表1 透平機(jī)規(guī)格型號

2 透平機(jī)的運(yùn)行情況

氯氣透平機(jī)共3臺，自2013年投用以來，安全平穩(wěn)運(yùn)行，軸振動值小于10 μm，軸振動趨勢平穩(wěn)。2017年10月因管程的循環(huán)水有個別堵塞現(xiàn)象，經(jīng)4 MPa高壓水清洗一二級氯氣冷卻器后，運(yùn)行月余，發(fā)現(xiàn)2#透平機(jī)的一級氯氣冷卻器在線pH值監(jiān)測儀的數(shù)值高報警。經(jīng)取樣復(fù)核pH值后，停機(jī)檢查，確認(rèn)是一級氯氣冷卻器出現(xiàn)滲漏問題。接著對一二級氯氣冷卻器都進(jìn)行了更換新冷卻器。其他2臺氯氣透平機(jī)立即提報新氯氣冷卻器準(zhǔn)備待機(jī)更換。

氯化氫透平機(jī)最初采用了1臺，為4級壓縮（C8280A）。由于壓縮比相比較大，梳齒密封壓力有時易失衡，出現(xiàn)潤滑油污染，導(dǎo)致酸值超標(biāo)等問題。相比2級透平機(jī)的軸振動值也稍大。

2015年考慮提高產(chǎn)能，新購進(jìn)1臺4級氯化氫透平機(jī)（C8280B）。軸密封采用了新式的高低齒型梳齒迷宮密封設(shè)計(jì)，相比氯化氫透平機(jī)（C8280A）的直通形梳齒迷宮密封，更為可靠，使用效果非常理想。

3 運(yùn)行中所遇問題和應(yīng)對措施探討

3.1 潤滑系統(tǒng)的油質(zhì)必須有保證

透平機(jī)具有極高的轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速為15 600～22 068 r/mim。必需對前后軸承、齒輪進(jìn)行潤滑和降溫，并且透平機(jī)的軸承采用的是動壓可傾多油楔滑動軸承，只有潤滑油注入才有承載能力，因此只有保證具有一定的壓力、流量、溫度的潤滑油供給透平機(jī)，機(jī)組才能安全正常運(yùn)行。否則，滑動軸承表面的較軟的巴氏合金軸瓦襯極易損壞。因此，安全平穩(wěn)運(yùn)行，其潤滑品質(zhì)保證是關(guān)鍵。定期監(jiān)測潤滑油的運(yùn)動粘度、酸值、水分、機(jī)械雜質(zhì)等理化指標(biāo)是必要手段，不合格時一定要及時更換潤滑油。尤其是酸值，當(dāng)梳齒迷宮密封的充抽氣失衡時，極易酸化污染潤滑油。

3.2 臨界轉(zhuǎn)速的影響問題

由于在一階臨界轉(zhuǎn)速和二級臨界轉(zhuǎn)速之間運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速為15 600～22 068 r/min，透平機(jī)的轉(zhuǎn)子屬于撓性軸。轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子各微段的質(zhì)心不可能嚴(yán)格處于回轉(zhuǎn)軸上，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，會出現(xiàn)橫向干擾，在某些轉(zhuǎn)速下還會引起系統(tǒng)強(qiáng)烈振動，這種情況下的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。也就是說，當(dāng)開機(jī)運(yùn)行或停機(jī)時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必然會經(jīng)過一級臨界轉(zhuǎn)速，比時振動肯定要加劇，但只要迅速通過去，由于軸系阻尼作用的存在，一般不會造成破壞。理論上來說，應(yīng)盡量減少透平機(jī)的開停次數(shù)。

3.3 備用狀態(tài)時定期盤車，但需注意避免滑動軸承干磨

因?yàn)槭莿訅夯瑒虞S承，其表面是一層較軟的巴氏合金軸瓦襯，若直接進(jìn)行盤車，肯定會磨損軸瓦襯，久而久之會縮短軸承壽命。因此，盤車時應(yīng)注意首先啟動潤滑系統(tǒng)，使滑動軸承處于充分潤滑狀態(tài)再盤車，可避免滑動軸承上的巴氏合金的磨損。

3.4 透平機(jī)停機(jī)后應(yīng)注意及時輸走局部的熱量

當(dāng)停機(jī)時，應(yīng)使齒輪油泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10～15 min，使?jié)櫥到y(tǒng)繼續(xù)循環(huán)，使得轉(zhuǎn)動部件得到充分的冷卻，否則，會導(dǎo)致滑動軸承表面局部高溫，生成大量積炭的現(xiàn)象。

3.5 透平機(jī)的級間冷卻器滲漏問題

采用無壓回水方式是非常有必要的，若發(fā)生滲漏時，因氣體介質(zhì)側(cè)的壓力高，會泄漏向低壓的循環(huán)水中，而不會漏向工藝管道和透平機(jī)中導(dǎo)致設(shè)備事故。由于循環(huán)水中氯根較高（約 200×10－6），其管程的循環(huán)水側(cè)做TH99設(shè)備內(nèi)防腐涂料處理，但了解到多數(shù)用戶發(fā)現(xiàn)其安全壽命一般是四五年。實(shí)際使用壽命應(yīng)該與氯中含水或氯化氫中含水控制指標(biāo)有直接關(guān)系。

若遇更換新級間冷卻器，氯氣或氯化氫氣體中的含水指標(biāo)要求又非常高，吹掃水分、灰塵和鐵銹等非常重要。使用常溫氣體吹掃，則冷卻器中水分不易完全吹除，可以考慮利用透平機(jī)進(jìn)行吹掃，即將透平機(jī)的每一級進(jìn)口都開放，從大氣環(huán)境中吸氣，經(jīng)吸入葉輪壓縮之后，氣體體積變小，同時溫度升高了，因熱空氣吹掃水分的效果更佳。

3.6 原料氣純度不高的問題

由于透平機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠離心力使氣體物料產(chǎn)生重力做功，當(dāng)原料氣純度不高時，或者摻入的其他氣體重度相比較小時，會導(dǎo)致透平機(jī)的出口壓力偏低的現(xiàn)象。

3.7 喘振的發(fā)生時機(jī)和影響現(xiàn)象

喘振是離心式透平機(jī)特有的缺點(diǎn)。喘振現(xiàn)象從物理角度看是一種低頻、高振幅的氣流壓力脈沖。這種具有一定能量的氣流脈沖使氯氣離心式透平機(jī)高速轉(zhuǎn)子失穩(wěn)、振動加大，嚴(yán)重時發(fā)出轟鳴聲和嚴(yán)重的噪音，同時機(jī)身強(qiáng)烈振動，出口壓力、電流劇烈波動，若在喘振工況下持續(xù)工作，那么產(chǎn)生的后果是十分危險的。但也可以看出喘振流量是最小流量（即出口壓力接近其最大升壓時）。常見喘振均發(fā)生在大幅度減量生產(chǎn)和管網(wǎng)中壓力突高，也就是小流量運(yùn)轉(zhuǎn)和透平機(jī)的排氣壓力小于管端壓力時。因此在實(shí)際運(yùn)行中，防止透平機(jī)進(jìn)入小流量工況下運(yùn)轉(zhuǎn)是關(guān)鍵。必須設(shè)置防喘振自動調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)發(fā)生喘振能夠快速打開回流閥以補(bǔ)充進(jìn)氣氣量，以免傷害透平機(jī)。

3.8 軸振動數(shù)值形成趨勢圖非常重要

高速轉(zhuǎn)子的運(yùn)行狀態(tài)直接體現(xiàn)了透平機(jī)的運(yùn)行狀況，所以軸振動是透平機(jī)運(yùn)行最關(guān)鍵的一個監(jiān)測數(shù)據(jù)。軸振動在線監(jiān)測儀一般是采用渦流探測儀，非直接觸性的探測，所以是一種相對值，而非絕對值。利用信息化技術(shù)形成電子趨勢圖，對于機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性分析具有很大的意義。

3.9 軸封的可靠性問題

因透平機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，軸封裝置采用的是梳齒迷宮密封，即非摩擦型密封，所以迷宮密封與軸之間仍有一定的微小間隙。梳齒迷宮密封僅為一段阻力極大的流道，為有效阻止氯氣或氯化氫氣體的泄漏，采用了抽、充氣相給合的形式。其機(jī)能是：含濕量小于100×10－6的干燥空氣或氮?dú)饨?jīng)充氣室自控閥門以約1 500 mmH2O壓力進(jìn)入迷宮密封室中，而泄壓室又經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制在－50 mmH2O壓力。這樣密封氣進(jìn)入密封室后，一部分沿密封泄入大氣，另一部分則流向泄壓則，確保氯氣或氯化氫氣體的可靠密封。透平機(jī)在停車時，為防止潮濕空氣進(jìn)入機(jī)組或因機(jī)組出口閥關(guān)閉不嚴(yán)，造成氯氣或氯化氫氣體的泄漏。因此在停機(jī)時，也不應(yīng)關(guān)閉氣封。從C8280AB氯化氫透平機(jī)的軸封使用效果對比，高低齒梳齒迷宮密封比傳統(tǒng)的直通形梳齒迷宮密封具有更可靠的密封效果。

3.10 酸霧夾帶的問題

雖然氯氣或氯化氫氣體經(jīng)過干燥后，再進(jìn)入酸霧捕集器，捕集效果良好（所有1 μm以下霧粒的捕集效率為99．3%）。但在運(yùn)行約4年時拆檢透平機(jī)進(jìn)出口，發(fā)現(xiàn)有干態(tài)的酸泥物質(zhì)附著在透平機(jī)的葉輪上。物料介質(zhì)中可能含有很微量的酸泥，經(jīng)過日積月累造成了沉積附著，應(yīng)及時清理維護(hù)。

4 結(jié)語

國產(chǎn)透平機(jī)制造技術(shù)在逐步走向成熟化，運(yùn)行穩(wěn)定性已大大提高。良好潤滑是關(guān)鍵，其級間冷卻器采用無壓回水，且定期更換新級間冷卻器是透平機(jī)安全的重要保障。依據(jù)其工作原理，正確操作使用，提前做好預(yù)防和預(yù)測性維護(hù)，可達(dá)到長效安全穩(wěn)定的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。