空壓機(jī)轉(zhuǎn)子涂層銹蝕原因分析及改進(jìn)措施

黃滄滄

（中海浙江寧波液化天然氣有限公司，浙江寧波 315800）

1 引言

浙江LNG接收站2臺(tái)制氮用空壓機(jī)，選用的是英格索蘭（INGERSOLLRAND） 設(shè)計(jì)制造的無油螺桿式壓縮機(jī)。2臺(tái)空壓機(jī)按主、備用原則，采用“一開一備”的方式投入運(yùn)行。在空壓機(jī)組運(yùn)行時(shí)間達(dá)到10000 h左右，加載運(yùn)行時(shí)均會(huì)出現(xiàn)“級(jí)間壓力高”的故障報(bào)警并跳車，且故障發(fā)生頻率較高，導(dǎo)致空壓機(jī)組無法正常投用。

本文通過對(duì)故障空壓機(jī)主機(jī)模塊的拆解及檢查，確定空壓機(jī)故障原因?yàn)槎?jí)主機(jī)轉(zhuǎn)子涂層銹蝕剝落嚴(yán)重，導(dǎo)致二級(jí)主機(jī)效率低下，并對(duì)造成轉(zhuǎn)子涂層銹蝕的原因進(jìn)行了具體分析；同時(shí)，在主機(jī)模塊更換維修完成后，為防范此類故障的再次發(fā)生，通過引進(jìn)安裝一套空壓機(jī)反吹裝置，利用干燥氣體對(duì)主機(jī)內(nèi)部進(jìn)行間斷吹掃，從根本上解決冷凝結(jié)露引起轉(zhuǎn)子超級(jí)涂層銹蝕的問題，提高空壓機(jī)主機(jī)的可靠性及使用壽命。

2 空壓機(jī)及主機(jī)模塊簡(jiǎn)介

空壓機(jī)機(jī)型為IRN45-OF，設(shè)計(jì)能力5.9 m3/min，設(shè)計(jì)壓力1.0 MPa，冷卻方式為風(fēng)冷，采用變頻調(diào)速控制方式調(diào)節(jié)排氣量，即通過變頻控制改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)排氣量的調(diào)節(jié)[4]?？諌簷C(jī)采用無油潤(rùn)滑方式，其轉(zhuǎn)子并不直接接觸，相互間存在一定的間隙。陽轉(zhuǎn)子通過同步齒輪帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，同步齒輪在傳輸動(dòng)力的同時(shí)，還確保了轉(zhuǎn)子間的間隙[1]。

IRN45K-OF型空壓機(jī)主機(jī)型號(hào)為CD4 VSD，采用一級(jí)和二級(jí)主機(jī)集成的一體化設(shè)計(jì)，保證機(jī)組外形緊湊美觀且便于安裝?？諌簷C(jī)主機(jī)陰陽轉(zhuǎn)子（螺桿） 采用超級(jí)涂層涂覆的處理方式，在轉(zhuǎn)子表面經(jīng)過噴丸處理，增加粗糙度后，將有機(jī)的高溫樹脂嵌入。二硫化鉬分子樹脂機(jī)械地包嵌在粗糙的表面，涂層很薄且均勻，具有耐久防癢且不易碎、粘著力高等特點(diǎn)。該主機(jī)在德國制造，目前國內(nèi)也沒有引進(jìn)維修專用設(shè)備，因此轉(zhuǎn)子涂層磨損后只能進(jìn)行主機(jī)整體更換，產(chǎn)生了高昂的維修費(fèi)用。

3 故障檢查情況

3.1 主機(jī)模塊拆解情況

將發(fā)生故障的空壓機(jī)主機(jī)模塊進(jìn)行拆卸后，發(fā)現(xiàn)主機(jī)轉(zhuǎn)子涂層脫落和部件銹蝕現(xiàn)象普遍存在：（1） 拆卸主機(jī)端蓋，在主機(jī)軸承室外側(cè)可看到明顯的顆粒物，為轉(zhuǎn)子涂層剝落物（圖1）；（2） 依次拆除一、二級(jí)轉(zhuǎn)子部件，發(fā)現(xiàn)一、二級(jí)主機(jī)內(nèi)腔涂層開始脫落和銹蝕，表面可見銹跡，同時(shí)有輕微的摩擦痕跡，二級(jí)主機(jī)銹蝕現(xiàn)象尤為嚴(yán)重（圖2）；（3） 檢查一、二級(jí)轉(zhuǎn)子部件，發(fā)現(xiàn)二級(jí)轉(zhuǎn)子型面上可見涂層大面積脫落剝離，且二級(jí)轉(zhuǎn)子氣封檔和油封檔涂層磨損比較嚴(yán)重。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)安裝部件檢查情況

對(duì)空壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝部件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組內(nèi)部金屬管件普遍存在銹蝕現(xiàn)象：二級(jí)文丘里及管件外部銹蝕嚴(yán)重、二級(jí)進(jìn)氣管路、排氣管路內(nèi)外部均有銹蝕現(xiàn)象，尤其二級(jí)出口止回閥銹蝕嚴(yán)重（圖3），可見現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較潮濕，空氣中還存在高腐蝕性物質(zhì)加速機(jī)件銹蝕。

3.3 檢查分析結(jié)論

根據(jù)故障主機(jī)拆解檢查情況可以看出空壓機(jī)主機(jī)內(nèi)部件銹蝕跡象嚴(yán)重，特別是二級(jí)主機(jī)轉(zhuǎn)子涂層銹蝕剝落嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子配合間隙增大導(dǎo)致二級(jí)主機(jī)效率低下。在空壓機(jī)加載過程中，二級(jí)轉(zhuǎn)子壓縮無法達(dá)到出口設(shè)定壓力，從而引起一級(jí)出口壓力上升較快，超過報(bào)警設(shè)定值，出現(xiàn)“級(jí)間壓力高”的故障報(bào)警并導(dǎo)致設(shè)備跳車[3]。

圖1 主機(jī)軸承室

圖2 二級(jí)轉(zhuǎn)子

圖3 出口止回閥

4 故障原因分析

根據(jù)故障主機(jī)拆解檢查情況，結(jié)合空壓機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)造成空壓機(jī)二級(jí)主機(jī)轉(zhuǎn)子涂層銹蝕嚴(yán)重的原因進(jìn)行分析。

4.1 設(shè)備因素

由于空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度較高（二級(jí)出口溫度可達(dá)到220～230 ℃），停機(jī)后溫度下降，溫度降低的過程中造成內(nèi)部冷凝結(jié)露，粘附在主機(jī)內(nèi)部機(jī)件表面。如果機(jī)組停機(jī)期間沒有采取有效措施，主機(jī)內(nèi)部機(jī)件冷凝液開始對(duì)主機(jī)殼體、轉(zhuǎn)子表面涂層侵蝕，輕者造成涂層脫落，影響陰陽轉(zhuǎn)子配合間隙而引發(fā)主機(jī)效率下降；金屬器件表面銹蝕物又造成轉(zhuǎn)子與殼體或者轉(zhuǎn)子之間發(fā)生摩擦，使涂層大面積脫落，暴露的金屬表面銹蝕不斷發(fā)生，嚴(yán)重情況下引發(fā)轉(zhuǎn)子間和殼體等卡死報(bào)廢[3]。

4.2 環(huán)境因素

LNG接收站地處海邊，空氣相對(duì)比較潮濕，而海風(fēng)中存在鹽分極易引發(fā)金屬機(jī)件銹蝕?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)空壓機(jī)冷凝排放水進(jìn)行取樣分析，發(fā)現(xiàn)冷凝水的pH值低于標(biāo)準(zhǔn)范圍6.8～8.3，見表1，環(huán)境空氣呈現(xiàn)酸性，氨氮含量超標(biāo)，對(duì)銅金屬有一定的腐蝕性，其冷凝結(jié)露后對(duì)轉(zhuǎn)子涂層的腐蝕更嚴(yán)重。

4.3 使用因素

由于浙江LNG對(duì)空壓機(jī)機(jī)組運(yùn)行可靠性要求較高，采用“一開一備”的方式運(yùn)行，再加上周邊冷能空分項(xiàng)目投產(chǎn)，可直接向接收站 供應(yīng)純凈干燥的成品氮?dú)?，間接造成了空壓機(jī)組停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2臺(tái)空氣壓縮機(jī)3年運(yùn)行時(shí)間均未超過10000 h。設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)備用，更加劇了冷凝液對(duì)內(nèi)部機(jī)件的腐蝕影響。

表1 空壓機(jī)冷凝水測(cè)試記錄

4.4 改進(jìn)措施

為盡可能降低冷凝結(jié)露對(duì)空壓機(jī)主機(jī)及各部件的銹蝕影響，通過引進(jìn)安裝一套停機(jī)反吹裝置，其原理為通過反吹裝置控制裝置與空壓機(jī)PLC控制程序連接，在機(jī)組停機(jī)/待機(jī)狀態(tài)下，引入干燥氣體定期吹掃機(jī)器內(nèi)部管路，尤其是主機(jī)內(nèi)部，防止冷凝液在金屬機(jī)件表面積聚，減輕冷凝液腐蝕作用以達(dá)到延長(zhǎng)主機(jī)壽命。反吹裝置設(shè)定后自動(dòng)運(yùn)行，無需人員進(jìn)行操作。

現(xiàn)場(chǎng)空壓機(jī)反吹裝置吹掃氣源從氮?dú)鈨?chǔ)罐引出，干燥氮?dú)庖来谓?jīng)過截止閥、減壓閥、電磁閥，通過1/2儀表管線接入空壓機(jī)二級(jí)文丘里管。截止閥保持常開，通過減壓閥控制吹掃壓力在0.2 MPa以內(nèi)（吹掃壓力超過0.5 MPa會(huì)引起電機(jī)反轉(zhuǎn)）。反吹裝置控制程序與空壓機(jī)PLC控制程序進(jìn)行連接設(shè)定，通過電磁閥實(shí)現(xiàn)間斷吹掃動(dòng)作（停機(jī)30 min/吹掃10 min）。在空壓機(jī)組停機(jī)/待機(jī)狀態(tài)下，利用干燥氮?dú)鈱?duì)主機(jī)進(jìn)行間斷吹掃；在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，反吹裝置自動(dòng)關(guān)停，不影響機(jī)組的正常運(yùn)行。反吹裝置流程圖如圖4。通過該項(xiàng)措施的應(yīng)用實(shí)施，有效減緩了空壓機(jī)停機(jī)/待機(jī)期間冷凝液對(duì)主機(jī)機(jī)件的腐蝕影響。

5 結(jié)語

通過空壓機(jī)反吹裝置的安裝投用，從根源上解決了冷凝結(jié)露對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)子涂層的腐蝕影響，避免類似故障的發(fā)生，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命；與采購新主機(jī)部件相比，降低了停機(jī)待修的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。今后，在空壓機(jī)組前期設(shè)計(jì)過程中應(yīng)綜合考慮冷凝結(jié)露對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)子涂層的腐蝕影響，及早采取防范措施，從而提高空壓機(jī)主機(jī)的可靠性及使用壽命，停機(jī)反吹裝置技術(shù)措施可供借鑒及應(yīng)用。

圖4 反吹裝置流程圖