大型離心空壓機(jī)結(jié)垢原因分析及處理措施

李明倫

（萬基控股集團(tuán)有限公司，河南洛陽471832）

1 引言

萬基控股集團(tuán)洛陽萬基發(fā)電有限公司現(xiàn)有TRX160-1800 kW離心空壓機(jī)3臺，兩運(yùn)一備，但是在近兩年運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)葉輪、擴(kuò)壓器、導(dǎo)流器結(jié)垢現(xiàn)象，阻塞流道，腐蝕蝸殼、導(dǎo)流器，引起機(jī)組軸振超標(biāo)，而且如果葉輪上所結(jié)垢層發(fā)生脫落，打破轉(zhuǎn)子動平衡，會導(dǎo)致壓縮機(jī)機(jī)體振動上升[1]，嚴(yán)重時可造成壓縮機(jī)無法運(yùn)行，甚至發(fā)生安全事故[2]，因此結(jié)垢對機(jī)組危害很大。本文針對本公司離心空壓機(jī)機(jī)組結(jié)垢原因進(jìn)行分析，并有針對性的提出處理措施，以其對同類型設(shè)備出現(xiàn)類似問題時能提供借鑒。

2 TRX-160-1800KW離心空壓機(jī)情況介紹

2.1 離心空壓機(jī)簡介

我公司3臺TRX-160-1800 kW空氣壓縮機(jī)坐落于2×330MW機(jī)組空壓機(jī)房內(nèi)部，2×330MW、2×135MW機(jī)組鍋爐輸灰及雜用氣采用此3臺離心空壓機(jī)供氣，后設(shè)置3臺冷凍式干燥器，機(jī)組2010年投運(yùn)，壓縮機(jī)為整體撬裝，主機(jī)從日本IHI公司原裝進(jìn)口。采用整體焊接機(jī)座、三級齒輪增速、懸臂式結(jié)構(gòu)，鑄造蝸殼式（球墨鑄鐵FCD450） 機(jī)殼，鍛造五軸機(jī)加工三元流后彎式（17-4PH不銹鋼）葉輪，固定葉片式（鋁/AC-4C-T6） 擴(kuò)壓器，導(dǎo)流器材質(zhì)為為球墨鑄鐵（球墨鑄鐵/FCD450），大齒輪軸材質(zhì)為合金結(jié)構(gòu)鋼（SNCM439），大齒輪、高速轉(zhuǎn)子齒輪為單向斜齒輪，精度均為美國齒輪協(xié)會AGMA13級，轉(zhuǎn)子軸材質(zhì)為鍛壓合金結(jié)構(gòu)鋼（SNCM439）。性能參數(shù)如表1。

2.2 空壓機(jī)工作原理

大氣經(jīng)過空氣入口過濾器過濾后，經(jīng)入口管道沿著空壓機(jī)軸向進(jìn)入一級壓縮腔，主電機(jī)經(jīng)過聯(lián)軸器帶動大齒輪旋轉(zhuǎn)，大齒輪驅(qū)動小齒輪進(jìn)行增速，一級齒輪主軸帶動工作葉輪旋轉(zhuǎn)時，氣體以很高的速度被離心力甩出葉輪，進(jìn)入具有擴(kuò)壓作用的固定的導(dǎo)葉中，經(jīng)擴(kuò)壓器使其速度降低而壓力提高，溫度也隨之升高，接著進(jìn)入中間一級冷卻器中對氣體進(jìn)行冷卻，排出冷凝水，以此類推，依次進(jìn)入二級壓縮腔、中間二級冷卻器、三級壓縮腔、后冷卻器內(nèi)，壓力逐漸提高，最終達(dá)到系統(tǒng)所需要的壓力，系統(tǒng)簡圖如圖1。

2.3 空壓機(jī)結(jié)垢腐蝕現(xiàn)象

統(tǒng)計3臺離心空壓機(jī)近一年來的檢修情況，機(jī)組除正常保養(yǎng)次數(shù)外，其他非計劃停機(jī)檢修次數(shù)為#1機(jī)組6次，#2機(jī)組3次，#3機(jī)組3次，工作內(nèi)容都是清理機(jī)組內(nèi)部污垢。機(jī)組擴(kuò)壓器、蝸殼和壓縮腔積垢后，造成流道面積變小，氣流發(fā)生堵塞，流量脫離穩(wěn)定工況范圍，在葉輪流道中引起旋轉(zhuǎn)失速甚至喘振等非穩(wěn)定性流動現(xiàn)象，極易引發(fā)葉片的疲勞斷裂[3]。其中#2機(jī)組由于軸振動大，損壞高速轉(zhuǎn)子2套，價值64萬，導(dǎo)致機(jī)組不備用。

在檢修過程發(fā)現(xiàn)的問題主要有以下3點：

（1） 結(jié)垢：葉輪葉片、蝸殼內(nèi)部周圍、擴(kuò)壓器、導(dǎo)流器等空氣流道處的部件結(jié)垢較多；

（2）腐蝕：進(jìn)氣管道內(nèi)壁，級間連接管，各級冷卻器，冷卻器室腔體，蝸殼、導(dǎo)流器均有不同程度腐蝕；

（3）高速轉(zhuǎn)子損壞：疲勞斷裂、卷邊、磨損。

表1 空壓機(jī)相關(guān)參數(shù)

3 原因分析

3.1 入口過濾器存在的問題

對于機(jī)組結(jié)垢問題，入口過濾器所占影響因素最大。本公司3臺離心空壓機(jī)空氣入口設(shè)計在廠房外部，位于2臺330MW機(jī)組電袋除塵中間，每臺空壓機(jī)對應(yīng)一臺脈沖反吹自潔式濾潔器，每臺濾潔器安裝過濾精度為2 μm，型號為KLX-5866過濾筒30個，系統(tǒng)工作原理如圖2。

過濾器位于2臺電袋除塵器中間，現(xiàn)場環(huán)境工況惡劣，大氣中夾雜較多灰塵，隨氣流被吸入空壓機(jī)內(nèi)部，經(jīng)對結(jié)垢物化驗分析得知，煤灰等雜質(zhì)含量較高，這是引起結(jié)垢的主要原因。

自潔系統(tǒng)工作異常，主要有以下幾個方面：（1） 控制面板數(shù)顯異常；（2） 負(fù)壓探頭損壞，不能正確測量濾筒差壓；（3） 部分反吹閥不能開關(guān)，反吹氣源壓力低，反吹間隔時間長，反吹氣源油水分離器使用壽命到期，起不到過濾作用，污染過濾筒。

3.2 氣體管路、冷卻器及級間連接管腐蝕生成物集聚

空氣過濾器上部凈氣室是由鋼板焊接而成的封閉空間，空氣經(jīng)凈氣室后進(jìn)入進(jìn)氣管，進(jìn)氣管材質(zhì)為碳鋼，空氣經(jīng)過一級壓縮后，再經(jīng)水冷卻器、級間連接彎管，然后進(jìn)入下一級壓縮腔，以上部件長期與濕熱空氣接觸，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。部件腐蝕生成的鐵銹伴隨著氣流被帶至各級壓縮腔內(nèi)，最終附著在壓縮腔流道內(nèi)。

利用停機(jī)期間打開凈氣室人孔門，入內(nèi)對其檢查，發(fā)現(xiàn)凈氣室，及其內(nèi)部反吹管路防腐層脫落，表面大量鐵銹，進(jìn)氣管路內(nèi)壁也有不同程度腐蝕。抽出一、二級冷卻器拆下級間連接管，發(fā)現(xiàn)冷卻器翅片腐蝕嚴(yán)重，翅片邊源腐蝕脫落，冷卻器腔體及級間連接管內(nèi)壁防腐層脫落，腐蝕，粗糙不平。

圖1 空壓機(jī)工作系統(tǒng)簡圖

圖2 脈沖反吹自潔式過濾器結(jié)工作原理圖

3.3 系統(tǒng)中水分增多加劇了機(jī)組結(jié)垢與腐蝕

機(jī)組系統(tǒng)中的水分主要來源于3個方面：大氣中的水分、級間冷卻器泄漏、級間冷凝水。

進(jìn)入系統(tǒng)中的水分與含有粉塵、鐵銹的氣流充分混合，形成氣液固三相體系，被帶至各級壓縮腔內(nèi)，該體系擁有很強(qiáng)的沖刷力、吸附力，該介質(zhì)流經(jīng)機(jī)組擴(kuò)壓器、導(dǎo)流器、蝸殼位置時，流通面積急劇增大，速度相對減少，并形成旋渦，氣流在該位置一部分將動能要轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?一部分克服摩擦功[4]，當(dāng)動能在邊界層中沿弧面逐漸下降時，介質(zhì)中夾雜的灰塵便集聚在擴(kuò)壓器、葉輪、蝸殼上。隨著機(jī)組在離心力的作用下，伴隨著高溫高壓環(huán)境，固體顆粒與水形成了粘度比較大的流體，不斷沖刷流道，腐蝕設(shè)備，同時在流道內(nèi)越積越多，也增加了污垢的硬度，很難清理。機(jī)組一、二級排氣壓力低，壓縮比相對較小，空氣中的水分很少達(dá)到飽和狀態(tài)，而三級壓力最高，故三級結(jié)垢、腐蝕比較嚴(yán)重。

4 針對問題采取的措施

（1）加強(qiáng)電袋除塵設(shè)備管理，清掃現(xiàn)場設(shè)備回城，控制揚(yáng)塵，為離心空壓機(jī)入口氣源提供一個潔凈的環(huán)境。

（2）檢查過濾器自潔系統(tǒng)，更換油水分離器，控制面板，對損壞的脈沖閥電磁芯和膜片進(jìn)行更換，根據(jù)差壓探頭測量的差壓數(shù)值調(diào)整反吹時間，并解決反吹氣源壓力低的問題，確保自潔系統(tǒng)能達(dá)到自潔的目的。

（3） 濾筒進(jìn)行全部更換，并嚴(yán)格保證安裝質(zhì)量，防止因密封口未對正導(dǎo)致漏風(fēng)。

（4）針對管道及機(jī)組腐蝕，對凈氣室內(nèi)壁及反吹管子打磨除銹，并將內(nèi)部清理干凈，然后進(jìn)行防腐，而且把φ630進(jìn)氣管全部更換為φ630不銹鋼材質(zhì)進(jìn)氣管，減少鐵銹的生成。同時對級間冷卻器腔體、級間連接管、導(dǎo)流器腐蝕層進(jìn)行處理，噴涂防腐層，對葉輪、擴(kuò)壓器、蝸殼所積灰垢進(jìn)行清理，并打磨光滑。

（5）對達(dá)到更換周期、腐蝕漏水嚴(yán)重的冷卻器進(jìn)行報廢更換，對3臺空壓機(jī)各級冷卻器分別安裝浮球式疏水閥，并設(shè)置旁路疏水門，確保冷凝水能及時排出機(jī)組，減少氣流中夾雜的水分。

5 結(jié)論

本文結(jié)合我公司現(xiàn)場實際情況，通過對3臺空壓機(jī)結(jié)垢現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出結(jié)垢原因，并針對各種原因采取了不同的措施，取得了良好的效果，減少了機(jī)組停機(jī)次數(shù)，降低了檢修費用，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。