突發(fā)停電造成螺桿壓縮機(jī)故障的原因分析

李文江

（中鹽安徽紅四方股份有限公司，安徽 合肥 230022）

中鹽安徽紅四方股份有限公司在合肥循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范園，投建了30萬t／a的純堿項目，自2013年元月起，投產(chǎn)至正常運行有近一年的時間了。在純堿生產(chǎn)中，抽送來自合成氨系統(tǒng)脫碳?xì)猓ㄖ饕煞諧O2占99.35%）至碳化塔用于碳化反應(yīng)的壓縮機(jī)，是關(guān)鍵性的傳動設(shè)備?？紤]到節(jié)能降耗，現(xiàn)在多選用螺桿壓縮機(jī)。我公司采用的2臺脫碳?xì)饴輻U壓縮機(jī)是上海大隆機(jī)器有限公司生產(chǎn)的，為JLD40I－SM機(jī)型。

1 螺桿壓縮機(jī)性能參數(shù)

型號 LG－185／1.2～3.8

入口流量 185m3／min

進(jìn)氣壓力 0.12MPa（G）

進(jìn)氣溫度 40℃

排氣溫度 ≤120℃

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 4 138r／min

軸功率 954kW

電機(jī)功率 1 120kW

驅(qū)動方式 電機(jī)—齒輪增速箱—壓縮機(jī)

裝配間隙數(shù)據(jù)：碳環(huán)密封對應(yīng)φ170軸頸處的間隙0.1～0.145mm；徑向軸承對應(yīng)φ115軸頸處的間隙0.12～0.157mm；內(nèi)、外推力軸承動靜環(huán)耦合面間隙合計0.12～0.14mm；排氣端螺桿轉(zhuǎn)子端面與前端蓋之間的間隙0.15～0.21mm；同步齒輪嚙合側(cè)隙0.03～0.06mm。

2 事故緣由

2013年8月19日，由于供電公司因突發(fā)故障停電，造成了一臺正在運行的脫碳?xì)饴輻U壓縮機(jī)（1＃機(jī)）事后不能正常開啟，出現(xiàn)盤車“卡死”現(xiàn)象。PLC系統(tǒng)中也無法查出任何異常。

鑒于以上情況，將疊片式聯(lián)軸器脫開。通過檢查，增速箱和高壓電機(jī)完好，只是壓縮機(jī)盤不動。壓縮機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)，主要零部件損壞：

1）陰轉(zhuǎn)子上防反轉(zhuǎn)薄齒輪嚙合面有壓痕輕微，陽轉(zhuǎn)子上的主齒輪完好；

2）缸體內(nèi)表面有不同程度磨損和明顯的劃痕，磨損嚴(yán)重處磨損層厚度為0.02～0.06mm，局部有碰傷且高溫變色；

3）陰陽螺桿轉(zhuǎn)子端面磨損0.03～0.07mm，密封槽有損傷；

4）與陰陽轉(zhuǎn)子端面耦合的前端蓋面有磨損，磨損0.01～0.05mm；

5）陰陽螺桿外圓及螺旋面有不同程度損傷，局部有“咬合”傷痕；

6）另外，陰陽轉(zhuǎn)子前端軸頸與軸瓦配合處，軸頸磨損0.03～0.05mm；前端兩軸瓦內(nèi)孔面磨損0.08～0.16mm。陰陽轉(zhuǎn)子后端軸頸與軸瓦配合處，軸頸磨損0.01～0.03mm；后端兩軸瓦內(nèi)孔面磨損0.03～0.5mm；

7）機(jī)體前端氣封碳環(huán)內(nèi)孔超差0.03～0.08mm。

3 原因分析

3.1 對事故油箱油位的判斷

突發(fā)性事故停電，供油站油泵停止工作，機(jī)組各潤滑點的潤滑依賴于事故油箱。事故油箱里的油由于高位落差，主要通過單向閥流向電機(jī)兩主軸瓦、增速箱和主機(jī)油分配器。經(jīng)過主機(jī)油分配器的油至壓速機(jī)齒輪對、前后徑向支撐軸承和主、副推力軸承。各潤滑點的油，最后通過回油總管至油箱。

事故油箱設(shè)置高度比最高潤滑點高5.8m，容積有0.6m3，其中的32＃汽輪機(jī)油全部流完需2分多鐘的時間，斷電時主機(jī)慣性停下來的時間大約需90秒左右，所以事故油箱里的油從設(shè)計的角度看，是足夠用的。

停電前，設(shè)備一直不間斷運行多日。事故后，對由油站油箱至事故油箱的孔板及其管路進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異物、油泥等堵塞情況，說明停電前事故油箱里的油，一直保持高液位并溢流著。

3.2 對局部油路設(shè)計特性的分析

斷電時高位油箱里的油，經(jīng)分配器通過徑向軸承座油孔送至徑向軸承內(nèi)瓦面和內(nèi)、外推力軸承動靜環(huán)耦合面潤滑。其中徑向軸承座油孔至外推力軸承的油路，是按有利于通暢進(jìn)油供給的旋向設(shè)計的。另一方面，外推力軸承靜環(huán)面上，為了方便油進(jìn)入耦合面，在每一個塊面上用刮刀修有楔面，楔面也是有方向的。

因此，綜合局部油路設(shè)計的方向性和外推力軸承靜環(huán)塊面上楔面的方向性，壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)是具有很大的破壞性。

3.3 對防反轉(zhuǎn)配置的檢查

1）壓縮機(jī)自身保護(hù)配置

壓縮機(jī)正常運轉(zhuǎn)時，陽轉(zhuǎn)子上的主齒輪和陰轉(zhuǎn)子上的從動主齒輪嚙合。當(dāng)壓縮機(jī)因異常反轉(zhuǎn)時，陽轉(zhuǎn)子上的主齒輪和陰轉(zhuǎn)子上的副從動薄齒輪嚙合，以保護(hù)陽轉(zhuǎn)子上的主齒輪和陰轉(zhuǎn)子上從動主齒輪在正常運行狀態(tài)下的嚙合精度，確保壓縮機(jī)良好的技術(shù)裝配狀態(tài)不被破壞。從事后拆檢的情況看，不是事故的起因。

2）防反轉(zhuǎn)工藝配置設(shè)計

①閉路循環(huán)的旁路配置：在壓縮機(jī)進(jìn)出口設(shè)有旁路。旁路閥為自控閥，通過PLC系統(tǒng)控制。正常生產(chǎn)時，可通過旁路閥調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的出口壓力，從而保證壓縮機(jī)穩(wěn)定運行。當(dāng)遇到斷電時，PLC系統(tǒng)設(shè)置的旁路閥會自動打開，讓脫碳?xì)馔ㄟ^壓縮機(jī)進(jìn)出口形成循環(huán)，以防壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)。通過檢查，PLC上顯示，旁路閥為斷電“手動”打開。

②壓縮機(jī)出口設(shè)置單向閥：在壓縮機(jī)的出口，有穩(wěn)流器、消聲器。消聲器的出口設(shè)有單向閥，能防止突發(fā)停電事故發(fā)生時，排出的脫碳?xì)獠话l(fā)生倒流，確保壓縮機(jī)不反轉(zhuǎn)。事故發(fā)生后，拆檢單向閥發(fā)現(xiàn)，單向閥已生銹和結(jié)垢，失去了靈敏度。

3.4 對密封效果的判斷

壓縮機(jī)的油封有四處，均為充N2氣的碳環(huán)密封。碳環(huán)處的軸頸直徑為φ170，軸頸與碳環(huán)的正常間隙為0.10～0.145mm，一處間隙的徑向最大截面積為77.46mm2，四處間隙的徑向最大截面積為309.87mm2。事故油箱進(jìn)油總管為φ57×3.5，截面積為1 962.5mm2。這樣看來，四處間隙的徑向最大截面積與事故油箱進(jìn)油總管截面積之比為1∶6.33，即使密封處泄漏，泄漏量都是不大的，更何況，油是有粘度的和稠度的，碳環(huán)密封與軸頸的間隙極易形成油膜，且停電時螺桿反轉(zhuǎn)，此時的潤滑油只是具有5.8m高的油壓，故壓縮機(jī)停電反轉(zhuǎn)時，碳環(huán)密封漏油是很少的，反轉(zhuǎn)起初不會對壓縮機(jī)構(gòu)成破壞性事故。

3.5 對油路是否存在堵塞的判斷

通過拆檢、吹掃，所有的油路管道無油垢，也無雜物堵塞。

3.6 對潤滑油是否存在問題的判斷

壓縮機(jī)運行有7個多月，起初使用的32＃汽輪機(jī)油在2013年3月更換過一次。更換用的油至事故發(fā)生，使用有近4個月的時間（其實32＃汽輪機(jī)油通常情況下可以兩至三年更換一次）。事故發(fā)生后，查看供油站油箱的液位，基本和前幾日沒有發(fā)生變化，維持在試鏡刻度線上下2mm，說明油冷器沒有發(fā)生泄漏，油里沒有進(jìn)水。油站的一、二級過濾較好，油里的雜質(zhì)成分幾乎很少很少。油外觀透明，起泡也不多。這些情況說明，潤滑油本身不是造成事故的原因，而且其它壓縮機(jī)用的都是同一批進(jìn)貨的合格潤滑油（L－TSA32）。

4 原因定論

PLC系統(tǒng)顯示，壓縮機(jī)事故前運行的各項性能參數(shù)，如徑向軸瓦溫度、內(nèi)外推力軸承溫度、壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力、油溫、油壓等，都在指標(biāo)范圍內(nèi)。檢查發(fā)現(xiàn)，PLC系統(tǒng)將壓縮機(jī)旁路閥先前設(shè)定為斷電瞬時100%開啟，被人為修改設(shè)定為“手動”操作，違反了當(dāng)初設(shè)計時的縝密考慮。當(dāng)外網(wǎng)供電系統(tǒng)突發(fā)性故障停電時，手動打開旁路閥從時間上看幾乎不可能（操作室在二樓，旁路閥在一樓），此時，恰逢單向閥失靈，不能因閥前脫碳?xì)鈮毫Χ⒓搓P(guān)閉，于是大量的脫碳?xì)獾沽髦翂嚎s機(jī)，致使陰陽螺桿轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。

考慮到至外推力軸承的油路設(shè)計和外推力軸承靜環(huán)塊面上油楔具有方向性，反轉(zhuǎn)致使靜環(huán)面上的巴氏合金很快缺油而燒壞甚至部分脫落。不斷反轉(zhuǎn)的陰陽轉(zhuǎn)子，因為外推力軸承耦合面的摩擦力，產(chǎn)生或大或小的徑向力，應(yīng)該說這種徑向力要比正常運行時產(chǎn)生的徑向力大上好多倍，而且此時的油壓為5.8m高油壓，正常運行時的供油總管壓力≥0.3 MPa左右，到各潤滑點的壓力有2.5MPa左右。反轉(zhuǎn)時螺桿軸頸不斷敲擊、擠壓徑向軸承，導(dǎo)致陰陽陽轉(zhuǎn)子前端兩個徑向軸承嚴(yán)重磨損，后端兩個徑向軸承不同程度磨損。由于前徑向軸承的嚴(yán)重磨損超差，造成陰陽螺桿咬合、碰撞，與此同時撞擊摩擦缸體的內(nèi)表面，又造成缸體內(nèi)表面的磨損和劃痕。繼而壓縮機(jī)軸向平衡已破壞，陰陽螺桿的端面（含密封槽）和壓縮機(jī)前后端蓋（含密封槽）產(chǎn)生接觸、碰撞、磨損。就這樣，形成一系列連鎖性損壞事故。

綜上所述，如果壓縮機(jī)旁路閥完好，且出口單項閥也完好，遇到突發(fā)故障停電的話，陰陽螺桿就不會反轉(zhuǎn)而造成類似事故的發(fā)生。

5 防范措施

1）在PLC系統(tǒng)中，將壓縮機(jī)旁路閥重新設(shè)定為斷電瞬時100%開啟。

2）利用停機(jī)時間，特別有計劃地檢修和維護(hù)旁路單向閥，確保單向閥的靈敏度。

3）可以在壓縮機(jī)出口就近的地方，加一放空管，閥門用斷電即開的自控閥。以防止前兩條措施不到位而發(fā)生的類似事故。