中冷器故障對離心壓縮機的影響及改進措施

趙申劍 于童 劉世東

摘 要：中國石油化工集團有限公司下屬某石化公司煤化工部一臺進口離心壓縮機為裝置提供壓縮空氣。它能否穩定運行直接關系到整個裝置的生產安全，一旦出現故障，將直接影響整個煤化工部的生產和效益。

關鍵詞：離心壓縮機;中冷器;影響

1機組簡介

壓縮機的介質為空氣，入口空氣溫度30℃，出口空氣溫度40℃，入口壓力為100.95kPa，出口壓力為0.55MPa，流量不小于13200Nm3/h。壓縮機為兩級壓縮，由高壓電機驅動，電機功率1300kW，轉速為2960r/m，通過齒輪增速箱對壓縮機轉子增速，控制方式采用恒壓控制（自動）。

2運行情況和發生的問題

機組在投用多年后發現，壓縮機的效能逐漸下降，能夠輸出的流量和出口壓力在逐漸下降。反映在運行時的表現為機組失穩，包括放空閥（防喘閥）反復自動打開、流量和壓力波動大、發生喘振等。此種現象在一年中多次發生，因機組在運行狀態，當時采取的措施是在線將壓縮機設置的排氣壓力由0.55MPa逐步調低至0.45MPa，雖然使問題得以暫時緩解，但是生產受到影響，效益有所下降。

3原因分析及改進措施

3.1中冷器的腐蝕對機組的影響及改進措施

3.1.1中冷器的腐蝕對機組的影響

在檢修期將機組解體，打開上殼體檢查一、二級內部，一級的部件保持較好，而二級的部件沖蝕較嚴重。可以看到葉輪葉片邊緣沖蝕成均勻的弧狀，擴壓器中的葉片存在缺失、變形與沖蝕痕跡，這種情況必然導致升壓能力的下降。此外，發現葉輪、流道中粘有許多污垢，這會增加氣體流動的摩擦，繼而增加了輪阻損失和流動損失。對這些污垢進行采樣分析，得知其主要成分為硅3.05%、鋁10.29%、鐵20.96%、鈣5.11%、銅8.50%、硫45.93%、鈉4.84%、鎂1.32%。從上述數據可以看出，污垢的物質主要是硫和鐵。究其原因，主要在于外界空氣經過一級壓縮后，再經過中冷器冷卻產生的冷凝水由于排放不徹底，使含有SO2的酸性冷凝水對中冷器的銅翅片、碳鋼擋風板、鑄鐵氣腔壁產生腐觸，銹垢和空氣中的塵埃混合，其具有一定的黏性，因而粘到葉輪上，并被葉輪上的壓縮熱瞬間蒸干硬化。有的粘在葉片上，有的經高速流動的空氣的旋轉拋離，對擴壓器、流道造成沖擊磨損。綜上可知，中冷器的腐蝕是造成機組二級部件損壞的根本原因，也是機組效能下降的主要原因。

3.1.2中冷器的腐蝕問題的改進指施

（1）防腐。對中冷器中的鑄鐵氣腔壁進行耐腐蝕復合金屬涂層，采用熱噴涂處理。對需要防腐的地方先用14目以下的石英砂進行噴砂處理，除去原銹渣，再采用一種NiCr合金加鋅合金加封孔劑的復合涂層。NiCr合金具有結合強度高、韌性好、在850℃溫度下耐磨損、抗沖擊、耐腐蝕、抗氧化性等特點，涂層的厚度為50～80μm。而鋅合金層作為一種犧牲陽極的措施，既有機械保護作用，又有化學保護和電化學保護作用，耐冷凝水的腐蝕，涂層厚度大于20μm。最后用有機的酚醛樹脂作為表面微小孔的封孔劑，增強了整個復合涂層對氣水的防腐性。經過一段時間的運行檢查，證實涂層確有一定的保護作用。

（2）技改冷卻器。中冷器芯上、下擋風板原為碳鋼，耐腐蝕性較差，曾經出現這樣的故障：碳鋼擋風板因空氣的喘振，引起前端已腐蝕減薄部分發生振動，在交變應力的作用下而疲勞斷裂的鐵片被吸入到壓縮機二級，打壞了葉輪。為解決這個問題，技改方案如下：中冷器芯上、下擋風板改為耐腐蝕的不銹鋼304材質，密封條由受熱易脆裂的薄鋼帶改為耐熱橡膠。

（3）在二級進氣口增加級間分水罐，提高中冷器水氣分離的效果。根據機組的實際情況、安裝位置及場地大小，設計大小為Φ800mm×1750mm×10mm旋風式不銹鋼分水罐。罐內中間加一層滿布Φ4mm孔的面積較大的橢園型過濾孔板，孔間距7mm，12°角焊接在筒壁上。一方面阻擋較大的固體異物，如銹渣、損壞了的密封條、螺釘等，杜絕它們進入壓縮機二級。另一方面，分離水和氣，使氣體均勻流出。進口管在孔板下沿著筒體的切線方向與機組安裝相連。氣水采用旋轉分離，水從罐底排出。安裝后對壓縮機進行喘振測試，出口壓力可達到0.63MPa。經過多年的運行檢驗，葉輪的沖蝕量比整改前少很多，達到了預期效果。

3.2中冷器冷卻效果差、阻力大的影響和措施

中冷器效果的好壞對機組的穩定運行影響較大，因為中冷器冷卻后的氣體將進入下級再壓縮。空壓機每級的壓力比ε與進氣溫度TP有關：

式中：K為總傳熱系數;α1為管內側流體換熱系數;α0為管外側流體換熱系數;di為管內徑;d0為管外徑;dm為管平均直徑;λ為管材導熱系數;Rsi為管內壁污垢熱阻;Rso為管外壁污垢熱阻;b為管厚度。此冷卻器污垢系數與傳熱效率關系，如表1所示。

改進措施：一方面在冷卻水進水管加過濾器，防止大的異物進入冷卻器水道，堵塞水管。另一方面，改進清洗方法。原按維護說明，使用毛刷清洗水邊列管內壁，存在水邊請洗不到位、氣邊無法清洗的問題。現采用整體冷卻器有機酸浸泡后，高壓水射流清洗，清洗較全面，延長了冷卻器的使用周期和壽命。經過一年多的運行，技改后的冷卻器使用正常，機組運行各參數和冷卻器的阻力壓降都在控制范圍內，沒有因冷卻器的故障再引起機組失穩的現象發生。

結語

中冷器是壓縮機組系統中的關鍵輔機設備，對機組運行有著很大影響，當它出現故障后機組也必然受到影響，本文案例中，中冷器的故障造成了重要部件損傷，引起機組能效下降，運行不穩定等多種故障，造成中冷器故障既有環境因素，也有設計考慮不全面的因素，因此，對設備定期維護保養是十分重要的，通過檢查、維護以及技改，找到問題并消漏補缺，消除不利因素，使機組維持較高的效能，從而實現機組的長期穩定運行。

參考文獻

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