氯氣透平壓縮機故障分析與措施

劉 琦

（山東陽煤恒通化工股份有限公司化工廠，山東 臨沂 276100）

山東陽煤恒通化工股份有限公司（以下簡稱陽煤恒通）40萬t/a 離子膜燒堿項目一、二期各20萬t/a裝置分別于2011年7月1日和2012年4月25日順利投產(chǎn)運行。氯氣輸送設(shè)備選用4H-3/4100型國產(chǎn)氯氣透平式壓縮機。該壓縮機運行以來，各項指標總體平穩(wěn)，綜合效益顯著。

1 氯氣透平機的規(guī)格和性能

1.1 氯氣透平壓縮機主要運行指標

氯中含水：≤100×10-6；

一級氯氣進口溫度：20～30 ℃，一級氯氣進口壓力（絕壓）：≥0.085 MPa；

氯氣出口壓力（絕壓）：≤0.38 MPa；

適用燒堿產(chǎn)量：10萬t/a，流量：4 100 Nm3/h。

1.2 氯氣透平壓縮機工作原理

氯氣透平壓縮機是一種多級離心式壓縮機，其工作原理是借助于葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力對氯氣做功，把葉輪旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)化為動能，使氣體流速得到提高，氣體在流經(jīng)擴壓器和蝸殼時速度降低，氣體的動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，使氯氣壓力升高，滿足工藝使用要求。

2 透平機運行中出現(xiàn)的問題及解決措施

2.1 透平機前軸瓦振動值高

2012年3月27日9：30，氯氫處理崗位操作工發(fā)現(xiàn)1#透平機軸向位移報警（報警值為±0.15），9：47，軸向位移在-0.15～0.13 mm 之間波動。9：48以后，軸向位移顯示又恢復正常，為-0.1mm 左右。10：12，1#透平機跳閘。

事后檢查報警記錄發(fā)現(xiàn)，10：12，1# 透平機前軸瓦（遠離電機側(cè)）徑向振動值為197.16 μm（連鎖跳機值為50 μm），同時軸向位移值為0.98 mm（連鎖值為±0.30 mm）。

11：00，維修人員對1#機前軸瓦進行檢查，發(fā)現(xiàn)前軸瓦徑向瓦塊磨損嚴重，2只瓦塊的固定螺絲脫落。將主機前軸瓦瓦塊進行更換，對輕微磨損的主軸進行修復后開機運行正常。

原因分析，（1）由于廠家裝配質(zhì)量差，前軸瓦有2塊瓦塊的固定螺絲脫落，造成透平機運行過程中瓦塊晃動，磨損加大，振動值超高，連鎖跳機；（2）因為透平機每次開停車都要經(jīng)過臨界，在臨界區(qū)時振值是最大的，最容易造成徑向瓦塊和止推瓦塊磨損，間隙增大。因此，頻繁開停機也能造成透平機前軸瓦振動值超高連鎖跳車。

采取的措施，（1）堅持計劃檢修、提高裝配質(zhì)量、杜絕誤操作。在計劃檢修時徹底檢查測量系統(tǒng)，開車前進一步確認，及時更換有任何問題的零部件。在停車備用期間，停相關(guān)測量系統(tǒng)的電源。避免長期通電對電氣元件的影響。（2）聯(lián)系廠家對防喘振自動系統(tǒng)進行完善，達到設(shè)計要求時，投運防喘振系統(tǒng)，確保機組的安全運行，防喘振自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須建立在流量測量系統(tǒng)準確無誤的情況下才能投運，否則反會帶來更大的影響。（3）調(diào)整連鎖設(shè)置，對于透平機前后軸瓦的4個振動值測點的連鎖停機調(diào)整如下：當出現(xiàn)任意一點振動值超限值時，透平機只報警不連鎖停機。當出現(xiàn)任意2點到高限值時，透平機連鎖停機。根據(jù)實際運行經(jīng)驗與相關(guān)廠家論證，調(diào)整軸位移值報警值為±0.275 mm。

2.2 透平機后軸瓦徑向振動值高

2012年3月24日，12：55：09，2#透機后軸瓦（靠近電機側(cè)）徑向振動值高報警，振動值為38.25 μm（報警值為38 μm），此后，2# 機后軸瓦徑向振動一直在較高的振動值波動，并且連續(xù)報警。13：01：15，振動值達到52.44 μm（跳閘值為50 μm），2#透平機跳閘。

維修人員隨后對透平機拆開檢查發(fā)現(xiàn)，后軸瓦徑向瓦塊巴氏合金磨損嚴重，主軸磨損較重，磨損最大處減少了0.17 mm。拆開增速箱，發(fā)現(xiàn)增速箱的高速軸前后軸瓦均有所磨損，增速箱高速軸前軸瓦磨損較后軸瓦嚴重。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，增速箱徑向間隙達到0.55 mm。

原因分析：在2# 透平機跳閘之前，潤滑油油溫，油壓都正常，經(jīng)化驗分析，潤滑油的各項指標都在控制指標范圍內(nèi)，可以排除潤滑油造成軸瓦的損壞。基本上可認為是由于增速箱徑向間隙過大（達到0.55 mm，合理值為0.12～0.15 mm），增速箱和透平機主機的同軸度偏離值大，帶動透平機轉(zhuǎn)子后軸瓦振動加大，軸瓦嚴重磨損，隨后造成主軸的磨損、后軸瓦徑向振動值高報警，2#透平機跳閘。

采取的措施，（1）嚴格控制增速箱和主機的同軸度偏離值為0.05 mm 以下。（2）定時檢查潤滑油油溫，油壓是否正常，潤滑油的各項指標都在指標范圍內(nèi)。（3）針對透平機在修復過程中，焊接材料與原材料接縫處有過渡帶，位置正好與振動探頭相對，影響電信號反饋，造成振值偏高，堅決要求返廠修復接縫處。

2.3 透平機后軸瓦溫度偏高

2012年4月2日15：00，操作工發(fā)現(xiàn)3#透平機后軸瓦溫度偏高達到77 ℃，平均2.5 h 上升1 ℃，對3# 透平機停機檢查。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，主機后軸瓦徑向間隙在指標下限0.105 mm（標準為0.09～0.14 mm）。然后重新調(diào)整后軸瓦間隙，最后調(diào)整為0.12 mm。對前軸瓦的測振點進行校正。試開機，發(fā)現(xiàn)前軸瓦的振動值偏大在三十二微米左右，且有上漲的趨勢。隨后嘗試帶負荷，發(fā)現(xiàn)只要透平機帶負荷，前軸瓦振動值就上漲，并且不斷地觸及報警值38 μm，空負荷運行4 h 后，情況仍然沒用好轉(zhuǎn)，決定停機檢修。拆開前軸瓦進行檢查，發(fā)現(xiàn)主機前軸承有一個下瓦塊損壞，瓦塊上有直徑3 mm 的孔洞，更換瓦塊后，開3# 透平機運行正常。

原因分析，（1）造成軸瓦溫度高的原因是后軸瓦徑向間隙處于下限0.11 mm，由于3# 透平機的后軸有傷，光滑度和平整度都比不上新軸，調(diào)整徑向間隙不能偏小，否則，容易造成瓦溫高，由于3#透平機在上次檢修時后軸瓦徑向間隙為0.11 mm。徑向間隙太低，是造成透平機后軸瓦溫度偏高的主要原因。（2）造成前軸瓦振動大的原因為前軸瓦有一個瓦塊損壞，出現(xiàn)孔洞，瓦塊表面形不成油膜，造成振動大。

采取措施，（1）3# 透平機主機后軸瓦徑向間隙不能太低，應(yīng)大于0.11 mm 以上，一般調(diào)整為0.12 mm。（2）重新找正機組，校對前軸瓦測振點。（3）加強潤滑油的管理，每3個月，全面進行一次潤滑油質(zhì)的分析，保證油質(zhì)的良好穩(wěn)定。日常的運行過程中嚴格控制好油壓、油溫，備用機的潤滑油除檢修外，保持在正常運行狀態(tài)。

2.4 透平機主推力軸承超溫

2012年4月25日，5# 透平機機在加壓準備并系統(tǒng)時，主推力軸承溫度瞬間超溫報警，軸向位移報警，拆檢后發(fā)現(xiàn)主推力瓦塊燒壞，更換了備用瓦塊，在投運行時，溫度偏高，在并入系統(tǒng)運行時，主推力瓦溫度為70 ℃左右，比其他機高接近20 ℃，在開機準備并系統(tǒng)過程中，又出現(xiàn)第一次現(xiàn)象，現(xiàn)場拆檢發(fā)現(xiàn)主推力瓦塊損壞無法使用，維修人員在更換瓦塊時發(fā)現(xiàn)，5# 機后軸承盒上下盒端面不在一平面內(nèi)，相差0.05 mm，更換瓦塊后于5月5日試車并系統(tǒng)時又出現(xiàn)軸瓦溫度瞬間超溫，軸向位移瓦溫報警，緊急停車后，拆檢發(fā)現(xiàn)主推力瓦磨損。

分析原因，5月11日廠家技術(shù)人員現(xiàn)場拆檢，發(fā)現(xiàn)主推力瓦塊出廠錯裝成副推力瓦塊，造成后續(xù)2次瓦塊繼續(xù)裝錯，由于瓦塊裝錯，在加壓運行過程中不能形成油楔，無法形成油膜和平衡軸向力，造成瓦塊損壞。更換成主推力瓦塊后，并系統(tǒng)運行正常。

采取措施，（1）加強計劃檢修。雖然廠家建議每年拆檢1次，但根據(jù)本公司透平機運行情況，運行6 000個臺時就應(yīng)該進行1次計劃檢修，主要檢查增速箱和主機的同軸度，檢查主機前后軸承的徑向間隙和瓦塊情況。（2）嚴格操作規(guī)程。如果在運行過程中，發(fā)現(xiàn)軸振動值和軸位移值偏高，振動值超過30μm，軸位移接近報警值±0.15 mm 時，并且有上漲的趨勢，只要出現(xiàn)其中1種情況，應(yīng)停機檢修。（3）加強透平機備品備件的管理，保證備品備件的齊全。

2.5 透平機后軸瓦軸振動測定值失真

2012年4月3日14：40，1# 透平機機后軸瓦軸2個振動測點中的1個振值測點迅速超高報警（報警值50 μm），并很快達到150 μm 以上，而另一個振值測點始終在17 μm 恒定。聯(lián)系透平機廠家儀表人員進行檢查，認定為測點損壞，只能用一個測振點進行監(jiān)測。4月4日，5：44，操作工發(fā)現(xiàn)，1#機的后軸瓦剩下的一個振值也在波動，波動范圍為六十微米左右。停車檢查發(fā)現(xiàn)軸瓦的2個測振線全部磨壞，瓦塊和軸未見異常，打開前軸瓦進行檢查未見異常，拆開增速箱進行檢查，軸和軸瓦未見異常，隨后對后軸瓦的2根測振線進行更換，開機后，運行正常。

原因為廠家在裝配測振線的過程中，測振線未安裝固定好，被高速轉(zhuǎn)動部件磨壞，造成測定值失真超高。

采取措施，（1）更換后軸瓦的2根測振線。（2）提高操作工的責任心，嚴密監(jiān)控透平機的運行參數(shù)，加強現(xiàn)場的巡檢，及早發(fā)現(xiàn)透平機運行的異常情況。以便于及時處理。（3）建立健全透平機的運行檔案，從運行臺時，檢修記錄，備件更換，運行情況等幾個方面著手，使透平機的運行和檢修處在一個可控的狀態(tài)。

2.6 透平機軸振動測點假信號

2012年15點19分31-33秒，5#透平機軸振動值開始上升，振動值為8.82 μm。15：19：35，振動值達到43.56μm。此時超過高報警值（高報警值為38μm），計算機報警，但沒達到連鎖值（超高報警值即連鎖值為50 μm）。15：19：38，振動值達到95.72 μm，超過連鎖值（50 μm），連鎖跳車。停機后維修人員對軸承進行拆檢，未發(fā)現(xiàn)異常情況，各間隙正常，同時檢查探頭連線、線圈阻值、延長線絕緣、接頭連接、端子連接、變送器（前置發(fā)達器）、穿線管緊固等，沒有發(fā)現(xiàn)故障點。聯(lián)校測振系統(tǒng)也未發(fā)現(xiàn)異常。正常開車后，測振數(shù)據(jù)一直為6.8 μm 左右，數(shù)據(jù)平穩(wěn)。

故障為單點超限連鎖跳車，如果是機械故障一般應(yīng)該出現(xiàn)2個測點同時超限的情況，同時軸承溫度應(yīng)該發(fā)生變化，從拆檢情況看，軸承軸頸未發(fā)現(xiàn)問題，開機后正常，初步判定為振動測點假信號造成連鎖跳車。5#透平機測振點出現(xiàn)假信號可能存在以下幾個方面的原因：（1）傳感器故障。傳感器，也就是探頭，其核心部件是線圈。通常的故障是線圈燒壞短路或短路，損壞后不會自動恢復。從檢查情況看，未發(fā)現(xiàn)異常，可以判定不是由探頭部件的損壞造成的。（2）延伸電纜故障。電纜本身斷路。如果出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，測量數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)最大，達到量程值200或0，根據(jù)計算機歷史數(shù)據(jù)以及拆檢，未發(fā)現(xiàn)有損毀現(xiàn)象判定，應(yīng)該排除這種情況。（3）前置發(fā)達器（變送器）故障。變送器本身損壞，根據(jù)測振系統(tǒng)的運行情況看，此項可以排除。（4）外界因素。變送器的電源瞬間有大的波動（如電網(wǎng)諧波竄入），也可能造成測量數(shù)據(jù)大的變化。外界瞬間強干擾信號（電磁、電流等信號）的竄入，也可能造成測量數(shù)據(jù)大的變化。（5）以上各部件的連接部分、接線端子部分松動，以及虛連現(xiàn)象。由于長時間處在振動的環(huán)境下運行，測振系統(tǒng)中各部件之間的連接有可能松動，接線端子部分松動，連接接頭可能出現(xiàn)虛連現(xiàn)象也可能造成假信號。

采取措施，（1）針對連鎖跳車的情況，加強與生產(chǎn)廠家和同行業(yè)的進一步交流。（2）采用整根電纜，取消中間接頭，解決由于延伸電纜中間有接頭產(chǎn)生虛連的問題。（3）堅持計劃檢修和行之有效的措施，在計劃檢修時，徹底檢查測量系統(tǒng)，開車前，進一步確認，及時更換有問題的零部件。機器停車備用期間，停相關(guān)測量系統(tǒng)的電源。避免長期通電對電氣元件的影響。（4）完善防喘振自動系統(tǒng)的運行條件，達到設(shè)計要求，在流量測量系統(tǒng)準確無誤的情況下投運防喘振系統(tǒng)，確保機組的安全運行。

3 結(jié)語

鑒于以上存在的問題，陽煤恒通化工通過采取重新修訂透平機操作和檢修規(guī)程，加強工藝指標控制，堅持計劃檢修和備品備件的管理，調(diào)整連鎖設(shè)置，完善防喘振自動系統(tǒng)等措施，保證了氯氣壓縮機的長周期安全穩(wěn)定運行。