英格索蘭空壓機(jī)三級振動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)故障處理

孫 緒

（中國石油錦西石化分公司，遼寧葫蘆島 125001）

0 引言

某石化企業(yè)供風(fēng)裝置負(fù)責(zé)全廠儀表風(fēng)的供給，主要產(chǎn)氣設(shè)備為4 臺離心式空壓機(jī)組，其中3 臺為沈鼓產(chǎn)水平剖分式離心壓縮機(jī)，另外1 臺為英格索蘭公司生產(chǎn)型號為C150MX3 行星式離心壓縮機(jī)組，該機(jī)組2005 年投用，出口設(shè)計(jì)壓力0.8 MPa，額定流量25 440 m3/h，電機(jī)功率2424 kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速1500 r/min。

1 問題

2018 年7 月14 日，供風(fēng)裝置英格索蘭空壓機(jī)正常運(yùn)行中三級振動(dòng)突然由0.01 mm（0.431 mil）上升至0.03 mm（1.16 mil），導(dǎo)致壓縮機(jī)組因軸振動(dòng)高導(dǎo)致聯(lián)鎖停機(jī)。崗位員工及時(shí)變換流程，開啟備用的2#和3#空壓機(jī)組，因應(yīng)急措施得當(dāng)，未對全廠造成生產(chǎn)波動(dòng)。

2 原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

在空壓機(jī)組停機(jī)之前機(jī)組操作一直穩(wěn)定，通過調(diào)取PLC 歷時(shí)趨勢畫面發(fā)現(xiàn)機(jī)組在停機(jī)前各項(xiàng)參數(shù)如軸承振動(dòng)、軸瓦溫度、排氣溫度、排氣壓力及電流等參數(shù)均正常，潤滑油溫度及壓力均保持穩(wěn)定，三級軸承振動(dòng)是在非?？焖偾闆r下上升波動(dòng)導(dǎo)致聯(lián)鎖停機(jī)。

2.2 故障原因分析

英格索蘭空壓機(jī)組的振動(dòng)異常通常由以下幾方面導(dǎo)致：轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良、機(jī)組發(fā)生喘振、齒輪或軸承磨損、機(jī)組入口過濾器過濾效果不好、潤滑油系統(tǒng)影響、級間冷凝液沖擊葉輪、儀表誤報(bào)等。

2.2.1 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良

轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡問題是英格索蘭機(jī)組振動(dòng)升高的主要表現(xiàn)形式，當(dāng)遇到三級振動(dòng)高導(dǎo)致跳停故障，車間首先想到的是壓縮機(jī)三級轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡問題，機(jī)組在拆解之后立即聯(lián)系英格索蘭廠家將三級轉(zhuǎn)子運(yùn)送至英格索蘭上海售后服務(wù)中心進(jìn)行動(dòng)平衡測試，但動(dòng)平衡測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然在1204 r/min 和2107 r/min 均有不平衡量存在，但是不平衡量數(shù)字都在允許范圍內(nèi)，不會導(dǎo)致三級振動(dòng)高到聯(lián)鎖跳停，所以由此可見動(dòng)平衡問題不是本次故障發(fā)生的主要原因。

2.2.2 機(jī)組喘振問題

喘振是離心壓縮機(jī)在流量減少到一定程度時(shí)所發(fā)生的一種非正常工況下的振動(dòng)，由于葉輪內(nèi)的氣流強(qiáng)烈的周期性脈沖振蕩，導(dǎo)致設(shè)備本體發(fā)生劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重情況可能導(dǎo)致軸系及密封組件破壞，從而造成非計(jì)劃停車的設(shè)備事故。根據(jù)崗位描述壓縮機(jī)在停機(jī)之前并沒有聽到喘振的轟鳴聲，并且經(jīng)過PLC 歷時(shí)趨勢的查看，在三級振動(dòng)高聯(lián)鎖停機(jī)之前，趨勢曲線并沒有發(fā)現(xiàn)喘振導(dǎo)致振動(dòng)升高的曲線變化，停機(jī)之前振動(dòng)一直比較平穩(wěn)，且在三級振動(dòng)異常升高時(shí)，一級和二級振動(dòng)基本保持穩(wěn)定，因此可以判斷機(jī)組喘振不是造成振動(dòng)升高導(dǎo)致聯(lián)鎖停機(jī)的原因。

2.2.3 齒輪或軸承磨損

英格索蘭空壓機(jī)為行星式結(jié)構(gòu)，電機(jī)帶動(dòng)大齒輪工作，大齒輪通過與三級從、小齒輪嚙合，通過齒數(shù)比來給不同級的葉輪帶來不同的轉(zhuǎn)速，從而將空氣壓縮至需求壓力，齒輪接觸面不足，會使齒輪偏載造成工頻振動(dòng)。一般情況下要求接觸面不低于85%，由于C150MX3 空壓機(jī)為2005 年投用，一般三年為一個(gè)周期進(jìn)行輪修一次，自2016 年檢修后，調(diào)取機(jī)組歷史趨勢發(fā)現(xiàn)各級振動(dòng)一直比較平穩(wěn)，其中三級振值保持在0.43 mils 左右，并且在本次故障停機(jī)后經(jīng)過維修人員對三級轉(zhuǎn)子及軸承進(jìn)行拆解觀察發(fā)現(xiàn)推力軸瓦及轉(zhuǎn)子嚙合齒輪均沒有明顯磨痕，基本可排除軸承或齒輪磨損導(dǎo)致三級振動(dòng)異常的可能性。

2.2.4 機(jī)組入口過濾器的影響

空氣中存在一些微小的粉塵顆粒，在空氣相對濕度較大情況下如果沒有被入口過濾器隔離掉就會被帶入空壓機(jī)葉輪中，在空氣被壓縮過程中，產(chǎn)生的高溫高壓氣體就會作用在這些粉塵顆粒上使其燒結(jié)在葉輪表面，造成葉輪積碳，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡遭到破壞，從而影響軸瓦振動(dòng)。但在供風(fēng)裝置英格索蘭采取二級過濾方式，一級采用ZKG-850 型自潔式過濾器，二級采用3ACⅡ-2F 型精密過濾器，空氣經(jīng)過兩級過濾后精度＜2 μm。并且在機(jī)組拆解時(shí)未發(fā)現(xiàn)葉輪表面存在明顯積碳痕跡，由此可排除入口過濾器的影響。

2.2.5 潤滑系統(tǒng)的影響

潤滑油酸值的升高和機(jī)械雜質(zhì)數(shù)量的加大會對密封和軸的磨損造成很大影響，磨損程度越大，表面光潔度越低，振動(dòng)數(shù)值越高。英格索蘭機(jī)組采用的是昆侖公司生產(chǎn)L-TSA32 防銹汽輪機(jī)油，每月都進(jìn)行潤滑油的主要指標(biāo)分析均符合質(zhì)量指標(biāo)，分析結(jié)果見表1。

表1 潤滑油的主要指標(biāo)

2.2.6 級間冷凝液沖擊葉輪的影響

機(jī)組在壓縮空氣過程中會析出大量水分，使空氣的相對濕度高于50%，含有水分的空氣會作用在轉(zhuǎn)子葉輪、氣封、擴(kuò)壓器以及碳鋼的級間冷卻器前腔體內(nèi)就會產(chǎn)生吸氧腐蝕。在機(jī)組長期運(yùn)行中碳鋼部件腐蝕出的氧化物以及大量水分會隨高壓空氣帶入葉輪中，水滴和鐵銹撞擊葉輪造成轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞。水分的析出和腐蝕產(chǎn)物的形成會隨大氣相對濕度的升高而加劇，所以機(jī)組級間冷凝水及時(shí)排除尤為重要。供風(fēng)裝置K1英格索蘭機(jī)組為2004 年投用，投用至今一直使用原機(jī)配套浮球式自動(dòng)脫水系統(tǒng)，由于多年運(yùn)行，浮球脫水器已銹蝕嚴(yán)重，經(jīng)過多次修理已不能達(dá)到自動(dòng)脫水效果，崗位員工一直采用側(cè)線手閥，根據(jù)季節(jié)和機(jī)組冷凝水量進(jìn)行手動(dòng)脫水，因季節(jié)不同每天不同時(shí)段空氣濕度不同，導(dǎo)致每一級壓縮空氣的析出水量會時(shí)時(shí)變化，同時(shí)級間冷卻器前腔體內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物偶爾也會隨氣流帶到排水閥處，造成排水閥堵塞，排水量減少，這時(shí)就需要及時(shí)調(diào)節(jié)側(cè)線排水手閥開度，英格索蘭壓縮機(jī)的二級出口壓力在0.3 MPa 左右，在此壓力下冷凝水的析出量最大，如果調(diào)節(jié)不及時(shí)，部分冷凝水就會被帶入三級葉輪，極有可能是造成本次三級振動(dòng)高導(dǎo)致連鎖停機(jī)的原因。

3 解決措施

根據(jù)導(dǎo)致連鎖停機(jī)問題原因的排查及分析，發(fā)現(xiàn)級間冷凝液排凝不暢導(dǎo)致冷凝水帶入下一級葉輪，對葉輪造成沖擊從而引起振幅升高，車間立即采取措施，在2019 年車間根據(jù)多方考察調(diào)研，對比多種疏水器的結(jié)構(gòu)和原理，最終選定英格索蘭公司原廠自動(dòng)脫水器（氣動(dòng)無損閥門），如圖1、圖2所示，該疏水器有很多優(yōu)點(diǎn)如下：①該自動(dòng)脫水器易于安裝，運(yùn)行中不需要電能，預(yù)先設(shè)定好開關(guān)閥水位，期間也可手動(dòng)測試；②采用獨(dú)特的空氣壓桿聯(lián)動(dòng)閥門開關(guān)設(shè)計(jì)，避免使用磁力開關(guān)造成金屬粒子的吸附；③具有創(chuàng)新的球閥支撐和定位系統(tǒng)，防止側(cè)面受載，避免閥桿周圍發(fā)生早期密封故障；④排水球閥位4 分閥門，流通孔徑12.7 mm，避免水垢和鐵銹堵塞；⑤其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)只排水不排空氣，避免大量壓縮空氣的浪費(fèi)。

圖1 自動(dòng)脫水器外觀

圖2 自動(dòng)脫水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

自動(dòng)脫水器經(jīng)過確定后于2019 年6 月購買更新，投產(chǎn)至今運(yùn)行良好，各級振動(dòng)值平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)過振動(dòng)超標(biāo)導(dǎo)致故障停機(jī)的狀況，本次改造解決了原排水系統(tǒng)不穩(wěn)定造成級間帶水影響機(jī)組振動(dòng)可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)的可能性，同時(shí)解決了原脫水系統(tǒng)排水時(shí)浪費(fèi)壓縮空氣同時(shí)產(chǎn)生大量噪聲問題。

4 結(jié)束語

供風(fēng)裝置英格索蘭空壓機(jī)組由于三級振動(dòng)突變導(dǎo)致機(jī)組連鎖停機(jī)主要原因?yàn)椋杭夐g自動(dòng)脫水系統(tǒng)故障，不能及時(shí)將級間冷凝水排出從而帶入三級葉輪，破壞了三級轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，造成振動(dòng)超標(biāo)導(dǎo)致機(jī)組連鎖停機(jī)。經(jīng)過多方調(diào)研改造機(jī)組的三級冷凝液排出系統(tǒng)，更換新型的自動(dòng)脫水器，使級間冷凝液能夠及時(shí)排出，徹底解決機(jī)組運(yùn)行中的不安全隱患，保證英格索蘭機(jī)組的長周期安穩(wěn)運(yùn)行。