3EP420-10.7/0.99 型空壓機(jī)故障診斷及處理

韓建博

（中國石油遼陽石化公司動(dòng)力廠，遼寧遼陽 111003）

1 裝置簡(jiǎn)介

空壓站裝置為遼陽石化分公司提供動(dòng)能產(chǎn)品，產(chǎn)品包括工藝風(fēng)、儀表風(fēng)、非凈化風(fēng)，主要設(shè)備有3 臺(tái)空壓機(jī)，8 臺(tái)干燥器系統(tǒng)，空壓站裝置由北京化工設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)整體設(shè)計(jì)，1#空壓機(jī)采用陜西鼓風(fēng)機(jī)廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的3EP420-10.7/0.99 型離心壓縮機(jī)，由遼寧省安裝公司負(fù)責(zé)設(shè)備安裝與調(diào)試，其機(jī)組主要零部件設(shè)計(jì)壽命10 萬h，單機(jī)供出壓縮空氣420 Nm3/min。

3EP420－10.7/0.99 型壓縮機(jī)（機(jī)組概貌如圖1 所示）為水平剖分型結(jié)構(gòu)，分兩段、七級(jí)壓縮，主要結(jié)構(gòu)包括帶齒輪增速箱的壓縮機(jī)本體、級(jí)間冷卻器和潤滑油系統(tǒng)三部分。缸體下部設(shè)置2個(gè)垂直向下進(jìn)/排氣口，壓縮空氣經(jīng)過2 級(jí)冷卻器冷卻。主要技術(shù)參數(shù)：進(jìn)口流量20 000 m3/h，進(jìn)口壓力0.097 MPa，進(jìn)口溫度25 ℃，出口壓力1.05 MPa，出口溫度187℃，壓縮比1:10，轉(zhuǎn)速11 482 r/min，配套電機(jī)型號(hào)YK3200-2，電機(jī)功率3 200 kW。

圖1 空壓機(jī)機(jī)組概貌

2 故障經(jīng)過及診斷

此前該空壓機(jī)處于正常停機(jī)備用狀態(tài)，停機(jī)前機(jī)組各部振值、溫度、壓力、流量等參數(shù)均在正常范圍內(nèi)。本次接到生產(chǎn)調(diào)度指令啟機(jī)試運(yùn)，試運(yùn)期間因空壓機(jī)負(fù)荷端軸承YISA1201A/B 振值超標(biāo)自動(dòng)聯(lián)鎖停車。儀表專業(yè)對(duì)該點(diǎn)振動(dòng)探頭進(jìn)行檢查、測(cè)試、清理、緊固等處理，確認(rèn)儀表探頭完好，間隙電壓符合標(biāo)準(zhǔn)，排除了儀表假信號(hào)和誤動(dòng)作，于是對(duì)機(jī)組重新盤車確認(rèn)正常后進(jìn)行第二次啟機(jī)，YISA1201A/B 振值瞬間增大，超過75 μm 聯(lián)鎖值，觸發(fā)聯(lián)鎖停車。應(yīng)用博華系統(tǒng)測(cè)得空壓機(jī)試運(yùn)時(shí)負(fù)荷端軸承振動(dòng)頻譜（圖2）。

圖2 空壓機(jī)負(fù)荷端軸承振動(dòng)頻譜

分析頻譜圖發(fā)現(xiàn)該空壓機(jī)存在轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞情況，又經(jīng)過查找該空壓機(jī)歷次檢修記錄，得知曾多次出現(xiàn)葉輪腐蝕破壞情況，初步判斷為葉輪腐蝕開裂造成轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞，機(jī)組負(fù)荷端軸承振動(dòng)超標(biāo)自動(dòng)聯(lián)鎖停車。針對(duì)壓縮機(jī)目前存在的問題，廠主管部門研究決定，對(duì)該機(jī)組整體解體檢修。

3 拆檢情況

嚴(yán)格按照離心式空氣壓縮機(jī)的檢修規(guī)程進(jìn)行拆檢，解體時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組軸承體及瓦塊均完好，各部間隙符合標(biāo)準(zhǔn)。但上部殼體拆解后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一、四級(jí)葉輪輪盤損壞嚴(yán)重；拆解齒輪增速箱后發(fā)現(xiàn)高速軸兩端軸承下瓦合金層發(fā)生不同程度的燒灼、破損、脫落現(xiàn)象；拆解主機(jī)與齒輪增速箱聯(lián)軸器時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器自鎖螺栓脫落損壞。

3.1 葉輪損壞情況

壓縮機(jī)上部殼體拆卸后，經(jīng)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一、四級(jí)葉輪輪盤頂部沿氣流流道方向存在貫穿性裂紋，葉輪損壞部位如圖3 所示，各處斷口形狀相同呈V 形，裂紋長(zhǎng)度15～30 mm，斷口宏觀形貌有腐蝕色，存在放射狀條紋。

圖3 葉輪損壞部及位斷口形狀

3.2 聯(lián)軸器損壞情況

壓縮機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)子通過膜片式聯(lián)軸器與齒輪增速箱高速軸聯(lián)接，解體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)膜片式聯(lián)軸器外觀無明顯變形，但是聯(lián)軸器的自鎖螺栓螺帽有脫落，自鎖螺栓有變形損壞。

3.3 齒輪增速箱高速軸兩端軸承損壞情況

齒輪增速箱高低速軸兩端軸承均采用橢圓瓦軸承，拆檢后發(fā)現(xiàn)高速軸兩端軸承下瓦合金層發(fā)生不同程度的燒灼、破損、脫落現(xiàn)象，燒損部位如圖4 所示，長(zhǎng)約29 mm、深1.4 mm。

圖4 增速箱高速軸兩端軸承燒損情況

4 原因分析

4.1 空壓機(jī)停機(jī)原因

導(dǎo)致1#空壓機(jī)負(fù)荷端YISA1201A/B 振動(dòng)升高的直接原因，是由于轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡失穩(wěn)。通過拆檢發(fā)現(xiàn)，引起本次轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡失穩(wěn)的因素，是由于一、四級(jí)葉輪損壞，破壞轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，并伴隨氣流擾動(dòng)，引起振動(dòng)升高。

4.2 葉輪開裂損壞原因

（1）如圖3 所示，葉輪輪盤開裂位置和形狀相似，說明葉輪開裂性質(zhì)相同。通過圖片可以看出葉輪材料表面腐蝕程度較輕，無全面腐蝕特征，葉輪斷口宏觀形狀為V 形且有腐蝕色，存在放射狀條紋，空壓機(jī)運(yùn)行介質(zhì)主要是吸入空氣，空氣質(zhì)量對(duì)空壓機(jī)的運(yùn)行有直接影響，因該空壓站裝置鄰近石油化工生產(chǎn)裝置，空氣當(dāng)中含有大量化工原料，硫及其化合物對(duì)葉輪腐蝕影響很大，基本斷定這種開裂與腐蝕有關(guān)，應(yīng)是以與硫元素有關(guān)的腐蝕為主。

（2）應(yīng)力因素：拉應(yīng)力是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的重要特征。離心式壓縮機(jī)葉輪周速很高，承受著因離心力的作用而產(chǎn)生的巨大切向及徑向應(yīng)力，同時(shí)葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也受到因振動(dòng)而產(chǎn)生的交變應(yīng)力。除葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大應(yīng)力之外，還存在葉輪內(nèi)部由于加工制造方法不同而產(chǎn)生的焊接應(yīng)力、鉚接應(yīng)力、過盈配合而在軸盤內(nèi)孔產(chǎn)生的應(yīng)力以及熱處理應(yīng)力等。這些應(yīng)力都會(huì)造成葉輪腐蝕開裂。

（3）出現(xiàn)裂紋的一、四級(jí)葉輪分別在壓縮機(jī)的進(jìn)氣端，由于進(jìn)氣端存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，葉輪輪盤頂部為葉輪工作時(shí)受力較大的位置，且裂紋的走向基本與主應(yīng)力方向垂直，據(jù)此可以判斷葉輪的開裂是由離心力為主的工作應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂。

4.3 聯(lián)軸器及軸承損壞原因

葉輪表面發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋的時(shí)候葉輪的疲勞強(qiáng)度會(huì)大大降低，造成葉輪損壞，轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻，嚴(yán)重破壞轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，使壓縮機(jī)負(fù)荷端軸承振動(dòng)增大，并導(dǎo)致聯(lián)軸器聯(lián)接部件脫落，聯(lián)軸器部件出現(xiàn)原始性不平衡，從而造成齒輪增速箱高速軸兩端軸承磨損、燒灼。

5 處理措施

5.1 修復(fù)轉(zhuǎn)子

對(duì)空壓機(jī)轉(zhuǎn)子一、四級(jí)葉輪按照原始設(shè)計(jì)材料、尺寸重新加工制造，并進(jìn)行整體更換，對(duì)其余各級(jí)葉輪進(jìn)行噴砂、除垢、消磁、無損檢測(cè)，對(duì)轉(zhuǎn)子整體進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)。

5.2 主要檢修

整體更換空壓機(jī)齒輪增速箱高速齒輪軸兩端損壞的橢圓瓦，共計(jì)兩件。研磨瓦背，確保接觸面積達(dá)到80%以上，刮研瓦面，確保瓦接觸達(dá)到80%以上，調(diào)整瓦間隙符合配合要求，研磨瓦背調(diào)整塊，確保軸瓦間隙；齒接觸頂間隙、側(cè)間隙，齒接觸面積，大小齒輪平行度，齒輪軸水平度符合圖紙要求；更換原廠膜片式聯(lián)軸器1 套，經(jīng)對(duì)中調(diào)整分別在聯(lián)軸器兩端加裝1 mm 厚調(diào)整墊，確保聯(lián)軸器在要求的伸長(zhǎng)及壓縮量范圍內(nèi)工作，充分提高了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子整體平衡精度；更換空壓機(jī)空氣吸入濾筒24件，提高介質(zhì)過濾精度，有效改善吸入空氣質(zhì)量；在線清洗空壓機(jī)潤滑油系統(tǒng)，去除系統(tǒng)管路中的機(jī)械雜質(zhì)及水分，試車前取油樣做全分析檢驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)黏度、閃點(diǎn)、水分、傾點(diǎn)、機(jī)械雜質(zhì)、破乳化值等參數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)；油站排油煙機(jī)風(fēng)機(jī)檢修，電機(jī)更換軸承；空壓機(jī)放空閥及防喘振閥校檢。

6 運(yùn)行情況

該離心式空氣壓縮機(jī)檢修后一次啟車成功，電機(jī)電流345 A，流量22 200 Nm3/h，出口壓力0.75 MPa，YISA1201A 振值40.8 μm，YISA1201B 振值28.5 μm，其余各部軸承振值均在正常范圍內(nèi)，瓦溫、油壓、油溫等各項(xiàng)參數(shù)均正常，機(jī)組整體運(yùn)行良好，無異聲。通過博華系統(tǒng)測(cè)得空壓機(jī)試運(yùn)時(shí)各部軸承振動(dòng)頻譜如圖5 所示，該機(jī)組目前運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)正常。

圖5 空壓機(jī)試運(yùn)時(shí)各部軸承振動(dòng)頻譜

7 結(jié)語

空壓機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪應(yīng)力腐蝕開裂，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞，振動(dòng)增大是造成此次空壓機(jī)故障停機(jī)的主要原因，為避免類似問題再次發(fā)生，確?？諌簷C(jī)能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，建議改造升級(jí)葉輪材料，選材時(shí)盡量選取綜合機(jī)械性能高的材料，選擇應(yīng)力腐蝕抗力更強(qiáng)的合金鋼材料；增加效果更好的吸入過濾器，或者適當(dāng)調(diào)整過濾器的使用周期，提高空氣過濾精度及效率；加強(qiáng)空壓機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)，通過空壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況，調(diào)整設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作；利用在線監(jiān)測(cè)、離線測(cè)振和故障診斷技術(shù)，對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行定期的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，認(rèn)真分析空壓機(jī)各部運(yùn)行趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常盡早調(diào)整，及時(shí)處理，做到預(yù)知檢修，避免事故狀態(tài)停機(jī)，造成設(shè)備損壞。