氨合成氣壓縮機(jī)運(yùn)行異常狀況及檢修總結(jié)

王 龍

(晉控金石化工集團(tuán)有限公司石家莊循環(huán)化工園區(qū)分公司，河北 石家莊 050000)

0 引 言

晉控金石化工集團(tuán)有限公司石家莊循環(huán)化工園區(qū)分公司一期180 kt/a合成氨裝置設(shè)有1臺離心式氨合成氣壓縮機(jī)(氫氮?dú)鈮嚎s機(jī))，型號為2BCL528+3BCL459，生產(chǎn)廠家為沈陽鼓風(fēng)機(jī)(集團(tuán))有限公司；其驅(qū)動汽輪機(jī)型號為HNK25/36，生產(chǎn)廠家為杭州汽輪機(jī)股份有限公司。自2014年5月30日一期180 kt/a合成氨裝置投產(chǎn)以來，氨合成氣壓縮機(jī)組曾分別于2016年5月、2019年6月進(jìn)行過周期性大修，2020年7月針對高壓缸軸瓦溫度測點頻繁斷線進(jìn)行過瓦塊改造，總體而言機(jī)組整體運(yùn)行情況良好。2022年4月4日，氨合成氣壓縮機(jī)組重啟，隨著轉(zhuǎn)速及壓力的提高，機(jī)組部分測點數(shù)據(jù)偏高，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行及系統(tǒng)負(fù)荷的提升。針對上述異常現(xiàn)象，從工藝與設(shè)備方面不斷進(jìn)行原因分析與論證，制定檢修方案，2022年4月16—20日系統(tǒng)停車對氨合成氣壓縮機(jī)組進(jìn)行檢修，解決了問題，實現(xiàn)了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。以下對有關(guān)情況作一總結(jié)。

1 氨合成氣壓縮機(jī)組重點參數(shù)簡介

氨合成氣壓縮機(jī)，設(shè)計工藝氫氣最高流量為65 000 m3/h(標(biāo)態(tài)，下同)，設(shè)有低壓缸和高壓缸，低壓缸出口壓力6.426 MPa，高壓缸出口壓力14.88 MPa；低壓缸和高壓缸分別設(shè)有4個徑向軸瓦溫度測點、4個推力瓦溫度測點、4個軸振值測點、2個軸位移測點，其中，溫度高限為105 ℃，軸振值高限為63.5 μm，軸位移高限為±0.5 mm。另外，氨合成氣壓縮機(jī)設(shè)有一路低壓缸防喘振管線、一路高壓缸防喘振管線以及循環(huán)段防喘振管線，起到調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷及防喘振的作用。

氨合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速11 485 r/min，額定蒸汽耗量42.8 t/h，入口蒸汽壓力8.3～9.3 MPa，入口蒸汽溫度500～540 ℃；汽輪機(jī)設(shè)有2個徑向軸瓦溫度測點、4個推力瓦溫度測點、4個軸振值測點以及1個軸位移測點，其中，溫度高限為105 ℃，軸振值高限為42.4 μm，軸位移高限為±0.56 mm。

2 氨合成氣壓縮機(jī)組啟動期間異常狀況描述

2022年4月4日05:26氨合成氣壓縮機(jī)組開車，06:00升至最低連續(xù)轉(zhuǎn)速(SISA62963A)8 000 r/min，在機(jī)組升速期間隨著轉(zhuǎn)速及壓力的提高，部分測點——汽輪機(jī)前徑向軸瓦溫度(TISA62961)、壓縮機(jī)低壓缸前徑向瓦軸振值(VISA62934)、壓縮機(jī)高壓缸推力瓦溫度(TISA62941、TISA62942)、壓縮機(jī)高壓缸軸位移(XISA62941、XISA62942)持續(xù)升高，開車期間不同階段機(jī)組各測點數(shù)據(jù)變化情況見表1(注：XISA62941、XISA62942為正值代表軸向推力方向為高壓端向低壓端，為負(fù)值則代表軸向推力方向為低壓端向高壓端，不管是正值還是負(fù)值，在設(shè)計許可范圍內(nèi)均是正常的；機(jī)組正常運(yùn)行時，大部分軸向推力依靠平衡盤抵消，小部分軸向推力依靠推力瓦抵消)，且隨著與氨合成系統(tǒng)的聯(lián)通以及入口氫氣流量的增大，甚至有時出現(xiàn)測點報警現(xiàn)象，導(dǎo)致生產(chǎn)負(fù)荷無法提升(2022年4月16日系統(tǒng)停車檢修前工藝氫氣最高流量約23 000 m3/h)，嚴(yán)重制約了合成氨裝置的生產(chǎn)。

表1 開車期間不同階段機(jī)組各測點數(shù)據(jù)變化情況

3 問題初步判斷及當(dāng)期檢修措施

本次氨合成氣壓縮機(jī)組開車，在無負(fù)荷情況下，僅在升速、升壓階段就表現(xiàn)出了軸瓦溫度、軸振值、軸位移增大的現(xiàn)象，故可排除工藝方面的因素，只考慮設(shè)備方面的原因。通過不斷地分析與總結(jié)，針對當(dāng)時存在的問題制定相應(yīng)的檢修計劃，消除缺陷。

3.1 機(jī)組運(yùn)行問題初步判斷

(1)汽輪機(jī)前徑向軸瓦溫度(TISA62961)偏高，懷疑軸瓦及其間隙存在問題。

(2)速關(guān)閥關(guān)閉后，中控畫面顯示“未全關(guān)”，且現(xiàn)場拉桿處顯示未到位，表明汽輪機(jī)速關(guān)閥關(guān)不到位，不滿足盤車油泵啟動條件，導(dǎo)致停機(jī)后無法投用電動盤車。

(3)壓縮機(jī)低壓缸前徑向瓦軸振值(VISA62934)偏高，懷疑汽輪機(jī)與壓縮機(jī)低壓缸轉(zhuǎn)子疊片撓性聯(lián)軸器不是原套部件，且轉(zhuǎn)子存在不平衡現(xiàn)象。

(4)壓縮機(jī)高壓缸軸位移(XISA62941、XISA62942)偏高，軸向力偏大，懷疑級間密封、平衡盤密封、軸端密封有磨損。

(5)壓縮機(jī)高壓缸推力瓦溫度(TISA62941、TISA62942)偏高，懷疑軸瓦及其間隙存在問題，同時高壓缸級間密封存在泄漏。

(6)懷疑壓縮機(jī)低壓缸轉(zhuǎn)子連接高壓缸轉(zhuǎn)子疊片撓性聯(lián)軸器不是原套部件。

3.2 機(jī)組當(dāng)期檢修措施

(1)拆開汽輪機(jī)前、后軸瓦進(jìn)行檢查，必要時進(jìn)行更換。

(2)汽輪機(jī)停車后進(jìn)行速關(guān)閥檢查處理。

(3)檢查并調(diào)整汽輪機(jī)連接壓縮機(jī)低壓缸轉(zhuǎn)子的疊片撓性聯(lián)軸器，更換為原套部件，視機(jī)組開車進(jìn)度情況，低壓缸轉(zhuǎn)子現(xiàn)場做動平衡。

(4)抽出高壓缸轉(zhuǎn)子，更換高壓缸級間密封、平衡盤密封、軸端密封；壓縮機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子新安裝盤和備用高壓缸轉(zhuǎn)子一起送沈陽鼓風(fēng)機(jī)(集團(tuán))有限公司做動平衡，更換高壓缸轉(zhuǎn)子。

(5)更換壓縮機(jī)高壓缸推力瓦塊，視實際情況更換高壓缸徑向瓦塊，調(diào)整高壓缸推力瓦間隙至標(biāo)準(zhǔn)值0.25～0.35 mm。

(6)檢查并調(diào)整壓縮機(jī)低壓缸連接高壓缸轉(zhuǎn)子的疊片撓性聯(lián)軸器，更換為原套部件。

4 工藝方面的應(yīng)急操作調(diào)整

受所需檢修備件到貨時間的限制，為保證此期間氨合成氣壓縮機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)及維持合成氨生產(chǎn)線的運(yùn)行，據(jù)實際工況制定工藝應(yīng)急操作措施下發(fā)至崗位。例如：機(jī)組調(diào)整負(fù)荷時切記一定要緩慢進(jìn)行，無特殊情況下遵循每10 min轉(zhuǎn)速升降不超過100 r/min，每10 min壓力升降不超過0.1 MPa，同時現(xiàn)場再三確認(rèn)低壓缸防喘振、高壓缸防喘振、循環(huán)段防喘振旁路手動切斷閥處于關(guān)死狀態(tài)，以降低機(jī)組的隱形負(fù)荷，確保新鮮氣順利補(bǔ)入；適當(dāng)降低潤滑油溫度及壓力，等等。采取上述措施及不斷進(jìn)行調(diào)整與嘗試后，氨合成氣壓縮機(jī)組所能承受的最高轉(zhuǎn)速為10 350 r/min，工藝氫氣量約23 000 m3/h，高壓缸出口壓力約10.0 MPa，遠(yuǎn)低于設(shè)計負(fù)荷。

5 氨合成氣壓縮機(jī)組的全面檢修

2022年4月16日，隨著檢修備件的陸續(xù)到來，當(dāng)日11:58氨合成氣壓縮機(jī)組停車，全面進(jìn)入檢修階段，并于當(dāng)日15:00工藝氣系統(tǒng)全部氮?dú)庵脫Q合格，當(dāng)日17:00完成盲板有效隔絕，機(jī)組交付檢修。

5.1 汽輪機(jī)瓦塊檢查

拆檢汽輪機(jī)前/后徑向軸瓦及推力瓦，發(fā)現(xiàn)前/后徑向軸瓦下瓦有磨損及偏磨，由此會導(dǎo)致軸瓦溫度偏高，故更換上述4塊瓦塊。另外，測量發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)前徑向軸承間隙為0.17 mm、后徑向軸承間隙為0.22 mm、推力瓦間隙為0.30 mm，對汽輪機(jī)前軸承箱端蓋處進(jìn)行打表，并用合像水平儀對軸頭進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子有揚(yáng)度(5.8 mm/1 000 mm)，表明汽輪機(jī)推力軸承支座處需調(diào)整墊片，于是將汽輪機(jī)前軸承座東側(cè)墊片磨去0.20 mm、西側(cè)加墊片0.20 mm，瓦座左/右側(cè)墊片外端磨去0.25 mm、內(nèi)端磨去0.10 mm，調(diào)整后墊片厚度外端為9.75 mm、中間為9.85 mm、內(nèi)側(cè)為9.95 mm，隨后回裝；調(diào)整后，軸與端蓋垂直度右側(cè)差0.02 mm、同心度下端差0.04 mm，于是將汽輪機(jī)前軸承箱底座(中間)下的2塊墊鐵移除，并清理底座下方異物，同時調(diào)整轉(zhuǎn)子至汽缸的中心，前徑向瓦座東側(cè)去墊0.35 mm、西側(cè)加墊0.35 mm、下端去墊0.20 mm，調(diào)整后轉(zhuǎn)子偏西側(cè)0.10 mm。此外，在此期間將油擋拆下清理，回裝并調(diào)整油擋間隙為0.20 mm。

5.2 壓縮機(jī)瓦塊檢查

拆檢壓縮機(jī)低壓缸前/后徑向軸瓦及推力瓦，發(fā)現(xiàn)前/后徑向軸瓦及推力瓦均磨損嚴(yán)重，同時測量瓦塊厚度超差。于是，更換全部前/后徑向軸瓦及推力瓦。另外，因測量推力瓦間隙較大(0.49 mm)，故在主推力瓦上加0.15 mm銅皮，調(diào)整后推力瓦間隙為0.29 mm。

拆檢壓縮機(jī)高壓缸前/后徑向軸瓦及推力瓦，發(fā)現(xiàn)主推力瓦磨損嚴(yán)重、徑向軸瓦正常，更換高壓缸主推力瓦，并調(diào)整推力瓦間隙為0.30 mm。

5.3 高壓缸關(guān)聯(lián)密封檢查及更換

(1)將壓縮機(jī)高壓缸內(nèi)缸抽出放置于枕木上，將內(nèi)缸O型密封圈及防壓墊片取下，發(fā)現(xiàn)內(nèi)缸O型密封圈已老化碳化，表觀為橡膠變硬且脆、無彈性韌性，完全達(dá)不到密封效果，于是更換O型密封圈及防壓墊片。

(2)打開上缸，將壓縮機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子吊出放置于轉(zhuǎn)子支架上，查看內(nèi)缸下缸中分面密封膠條，發(fā)現(xiàn)與內(nèi)缸O型圈存在同樣的老化碳化問題。于是，拆卸內(nèi)缸上、下缸的軸套密封(材質(zhì)PEEK)及葉輪口環(huán)密封(材質(zhì)PEEK)，并用壓縮空氣對缸體及隔板間進(jìn)行吹掃清理。清理結(jié)束后，于2022年4月17日03:00安裝新的軸套密封及葉輪口環(huán)密封，當(dāng)日07:07完成全部安裝；當(dāng)日08:10將內(nèi)缸的上、下缸扣缸，然后上銷子及中分面螺栓；當(dāng)日08:15抬軸用百分表測量密封間隙，發(fā)現(xiàn)密封間隙較小，分析發(fā)現(xiàn)隔板緊固螺栓預(yù)緊力不夠，用扳手進(jìn)行緊固；當(dāng)日08:45進(jìn)行第二次扣缸，由于口環(huán)貼膠帶、軸套壓鉛絲，未能測出密封間隙數(shù)據(jù)，后經(jīng)反復(fù)試扣，并對PEEK密封齒進(jìn)行刮磨等以調(diào)整其與轉(zhuǎn)子間的密封間隙，最終調(diào)整軸套密封間隙為0.41～0.45 mm、口環(huán)密封間隙為0.37～0.41 mm，測量軸套密封刮磨后與未刮磨時相差約0.15～0.20 mm，隨后安裝中分面密封膠條。

5.4 高壓缸更換新轉(zhuǎn)子及軸端密封間隙調(diào)整

本次停車檢修更換了壓縮機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子，安裝缸體O型密封圈、防壓墊片及高壓缸高/低壓側(cè)軸端密封，期間因測量新軸端密封與軸間隙為0.20 mm，較設(shè)計間隙小，故對兩側(cè)軸端密封齒進(jìn)行車削加工，將平衡盤密封間隙調(diào)整為0.50 mm、前軸端密封間隙調(diào)整為0.40 mm、后軸端密封間隙調(diào)整為0.30 mm，以滿足設(shè)計要求。間隙調(diào)整結(jié)束后，2022年4月17日22:35開始回裝內(nèi)缸，當(dāng)日23:35完成內(nèi)缸回裝，隨后回裝端蓋螺栓，并用液壓扳手進(jìn)行緊固。

5.5 聯(lián)軸器更換及找正

經(jīng)檢查，汽輪機(jī)與壓縮機(jī)低壓缸聯(lián)軸器、壓縮機(jī)低壓缸與高壓缸聯(lián)軸器非原套部件，本次檢修進(jìn)行調(diào)整更換。更換后汽輪機(jī)與壓縮機(jī)低壓缸聯(lián)軸器為舊型聯(lián)軸器，型號為TGD6-1800-00T47(ZJ)H1131；因本次檢修更換了高壓缸轉(zhuǎn)子，故壓縮機(jī)低壓缸與高壓缸聯(lián)軸器采用新型聯(lián)軸器，型號為TDS6-1500-00T18(ZJ)H1131，并用找正儀器對這兩處聯(lián)軸器進(jìn)行找正。按照有關(guān)設(shè)計值，汽輪機(jī)與壓縮機(jī)低壓缸轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器安裝不加調(diào)整墊法蘭面間距設(shè)計值為739.8 mm，允許偏差為0.5～1.0 mm，實際冷態(tài)測量間距為741.3 mm，其偏差值為741.3-739.8-(0.5～1.0)=0.5～1.0 mm，最終確定增加0.8 mm厚(2個0.4 mm)的調(diào)整墊；壓縮機(jī)低壓缸與高壓缸轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器不加調(diào)整墊法蘭面間距設(shè)計值為835.4 mm，實際冷態(tài)測量間距為837.7 mm，允許偏差為1.0 mm，其偏差值為837.7-835.4-1.0=1.3 mm，最終確定增加1.2 mm厚(3個0.4 mm)的調(diào)整墊。

調(diào)整完畢，對汽輪機(jī)與壓縮機(jī)低壓缸進(jìn)行找正，由于停機(jī)前檢測汽輪機(jī)熱膨脹量比壓縮機(jī)低壓缸多0.6 mm，因此找正時將汽輪機(jī)相較于壓縮機(jī)低壓缸調(diào)高0.3 mm、相較于找正曲線高0.25 mm；對壓縮機(jī)高/低壓缸進(jìn)行找正時，經(jīng)計算，高壓缸驅(qū)動端加支座調(diào)整墊0.925 mm、非驅(qū)動端加調(diào)整墊1.535 mm，最終低壓缸及高壓缸找正于2022年4月20日02:58完成，當(dāng)日08:00全部回裝工作結(jié)束，機(jī)組檢修完成。

6 氨合成氣壓縮機(jī)組檢修后運(yùn)行情況

2022年4月20日11:08，氨合成氣壓縮機(jī)組重啟，升速期間汽輪機(jī)前徑向軸瓦溫度(TISA62961)、壓縮機(jī)低壓缸前徑向瓦軸振值(VISA62934)、壓縮機(jī)高壓缸推力瓦溫度(TISA62941、TISA62942)、壓縮機(jī)高壓缸軸位移(XISA62941、XISA62942)均無異常，數(shù)據(jù)穩(wěn)定；當(dāng)日11:30機(jī)組空負(fù)荷升至最低連續(xù)轉(zhuǎn)速8 000 r/min時，TISA62961在75 ℃以下，VISA62934在21 μm左右，TISA62941、TISA62942在55 ℃左右，XISA62941、XISA62942分別為-0.01 mm、-0.06 mm，機(jī)組運(yùn)行狀況明顯好轉(zhuǎn)，隨后氨合成氣壓縮機(jī)組與氨合成系統(tǒng)聯(lián)通，配合氨合成塔升溫要求補(bǔ)入新鮮氣；當(dāng)日19:19氨合成系統(tǒng)運(yùn)行正常，之后氨合成氣壓縮機(jī)進(jìn)行加量，驗證機(jī)組的檢修效果。

氨合成氣壓縮機(jī)組檢修前(2022年4月14日)與檢修后(2022年4月30日—5月1日)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)的對比見表2?？梢钥闯觯敬螜z修后，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好，入口工藝氫氣量可達(dá)到現(xiàn)階段的滿量61 000 m3/h，且各測點數(shù)值處于偏低且平穩(wěn)的狀態(tài)，消除了之前的各種缺陷和問題，滿足了系統(tǒng)生產(chǎn)負(fù)荷方面的要求，達(dá)到了預(yù)期的檢修效果。

表2 氨合成氣壓縮機(jī)組檢修前(2022年4月14日)與檢修后(2022年4月30日—5月1日)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)的對比

7 結(jié)束語

綜合分析，晉控金石化工集團(tuán)有限公司石家莊循環(huán)化工園區(qū)分公司本次氨合成氣壓縮機(jī)組出現(xiàn)問題的主要原因在于高壓缸級間密封、平衡盤密封、軸端密封、轉(zhuǎn)子密封間隙以及聯(lián)軸器不匹配等，由于當(dāng)時有關(guān)備件準(zhǔn)備不到位，導(dǎo)致系統(tǒng)不得不較長時間維持低負(fù)荷運(yùn)行，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)在機(jī)組周期性檢修階段做好有關(guān)備件的準(zhǔn)備工作，以利機(jī)組的檢修維護(hù)，避免較長時間影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)。

氨合成氣壓縮機(jī)組屬合成氨裝置的關(guān)鍵運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到合成氨的產(chǎn)量，并制約前后工序的生產(chǎn)負(fù)荷。隨著機(jī)組服役時間的延長、系統(tǒng)負(fù)荷的調(diào)整、公用工程介質(zhì)夾帶雜質(zhì)以及機(jī)組自身密封或連接元件發(fā)生故障等，氨合成氣壓縮機(jī)組可能出現(xiàn)各種各樣的問題。為此，我們需不斷對異常參數(shù)及現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)與分析，加強(qiáng)系統(tǒng)生產(chǎn)管理，做好設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作，并通過正確的檢修方式消除生產(chǎn)運(yùn)行中的缺陷或問題，實現(xiàn)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，保障系統(tǒng)的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行。