氯氣透平式壓縮機設備故障分析及運行維護參數控制

許淵

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221)

【氯氫處理】

氯氣透平式壓縮機設備故障分析及運行維護參數控制

許淵*

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 401221)

氯氣透平式壓縮機；可傾瓦塊；止推軸承；梳齒套；迷宮密封

分析氯氣透平式壓縮機設備運行過程中，可傾瓦塊、止推軸承損壞的原因可能是啟停機組頻繁、潤滑油品質差、高速轉子造成的機械振動；梳齒套損壞的原因可能是密封氣品質差、密封氣閥開度小。為了消除這些因素的影響，在運行維護過程中合理控制參數，保證了設備正常穩定運行。

中國氯堿工業近幾十年發展迅速，氯氣透平壓縮機得到快速普及，國產氯氣透平式壓縮機在國內企業應用廣泛。重慶市映天輝氯堿化工有限公司(以下簡稱“重慶映天輝”)使用的是LYJⅡA-0.42/2200型6萬t/a氯壓機。

2009年重慶映天輝氯堿裝置投產以來，機組連續穩定運行數年。期間機組也出現各種故障，結合氯氣透平式壓縮機多年現場維修實踐經驗、故障原因總結，在氯壓機生產企業幫助下提出改進措施并實施，大部分問題得到了較為滿意的解決。

1 氯氣透平式壓縮機規格和性能

1.1 氯氣透平式壓縮機主要工作參數

氯氣透平式壓縮機主要工作參數如下：

一級氯氣進口溫度 ≤30 ℃；

進口壓力(絕壓) 0.089 MPa；

氯氣出口壓力(絕壓) 0.42 MPa；

氯氣含水體積分數 ≤0.015%；

標準狀態的流量 2 200 m3/h；

適用堿產量 6 萬t/a。

1.2 氯氣透平式壓縮機特點

(1)機組的軸封采用迷宮梳齒密封，并注入干燥空氣或氮氣[1]。氯氣和氮氣混合氣體送入廢氣處理裝置，可以做到氮氣不進入氯氣系統，保證無氯氣泄漏、潤滑油不進入氯氣系統、氯氣不進入油路系統。

(2)機組的中間冷卻器采用防腐涂層處理。

圖1 氯氣透平壓縮機主機結構圖

2 氯氣透平壓縮機故障分析及運行維護參數控制

2.1 可傾瓦塊、止推軸承損壞原因

對于有5塊可傾瓦塊且最下方瓦塊居中的軸承，磨損一般多發生在正下方瓦塊及其軸轉動方向的后一個瓦塊，嚴重的損壞會導致瓦塊表面的巴氏合金熔融、裂紋或破碎[2]。

2.1.1 頻繁的啟停機組

氯氣透平式壓縮機屬于高速旋轉機械[3]，其高速轉子的轉速達到22 790 r/min。設計選用了5塊可傾徑向瓦塊和軸向單層可傾止推組合軸承，其原理是在轉子高速旋轉時，軸徑與瓦塊之間、軸向與止推瓦之間形成有一定剛度和承載能力的油膜，從而使轉子在完全潤滑狀態下工作。在完全靜止狀態下啟動或停車時，瓦塊會有一定的磨損，故氯氣透平式壓縮機不宜頻繁地啟動或停車。

檢修參數控制如下：①徑向軸承允許間隙為0.10～0.12 mm，大于0.14 mm應更換軸承瓦塊；②止推軸承軸向允許間隙為0.20～0.25 mm，大于0.35 mm應更換止推瓦塊；③迷宮密封外觀及間隙，氣封環宇梳齒套徑向間隙為0.10～0.20 mm，大于0.30 mm應更換相應部件；④端封環與葉輪端面間隙(0.75±0.05) mm，大于1.2 mm應重新調整間隙，否則影響壓縮機打量。

2.1.2 潤滑油品質差

潤滑油品質包括潤滑油本身的技術質量指標及潤滑油品種的適用性。技術質量指標主要是黏度、酸度、濕度、表面張力、油脂不溶于醚等；潤滑油品種主要是種類及牌號。

油品的黏度隨牌號增加而增大。一般情況下，低黏度油品適用于高速輕載，高黏度油品適用于低速重載[4]。牌號小的油品，其黏度低、摩擦小、導熱性好，故在可以實現完全潤滑的前提下，應選用牌號小的油品；如果低黏度不能滿足完全潤滑，就應該選用黏度高一級的油品。

下列各指標有一項超出要求，應立即更換潤滑油。

(1)如果油的黏度比新油大10%，須更換。

(2)總酸值達到0.2 mg·KOH/g時準備更換，達到0.4 mg·KOH/g之前完全更換。

(3)當濕度大于0.2%(體積比)時換油。

(4)每3年或25 000 h，更換所有的油；每年更換油箱的1/3油量。

(5)機組運行過程中，關注主油泵供油壓力，保證在150～200 kPa，低于100 kPa應停機檢修。關注油過濾器前后壓差，壓差值達到50 kPa時切換濾芯。

2.1.3 高速轉子的機械振動

高速轉子振動超標主要有如下原因[5]。

(1)葉輪結垢。氯氣干燥及除霧效果不好，雜質及其管道腐蝕生成物在葉輪流道尤其在葉片的吸力面形成積垢，如垢體松脫或不均勻，葉輪動平衡失效導致振動。

(2)葉輪腐蝕。氯氣中含酸、含水超標，會對葉輪形成沖刷和腐蝕的雙重作用，葉輪動平衡失效導致振動。

(3)喘振。操作不當時，進口閥門調節不當，自動回流不靈，或壓縮機進口壓力低、出口壓力過高，當其壓縮比超過允許值時，就會發生喘振。

(4)主電動機與低速軸對中不良。

(5)氯氣透平式壓縮機級間冷卻器泄漏，導致氯氣含水量增加腐蝕葉輪，葉輪動平衡破壞[6]。

2.1.4 工藝及安裝要求

(1)選用美國孟莫克公司除霧器，3 μm以上微粒凈化率為100%。3 μm以下微粒凈化率為99.3%。壓縮機一級進口安裝孔徑0.212 mm(即60目)的尼龍過濾網，并定期清洗。

②壓縮機本身材質要求氯氣含水體積分數小于0.015%。

③聯軸器對中應保證橫向與縱向均0.05/1 000。

2.2 梳齒套損壞原因

梳齒套套裝在高速齒輪軸上，并有鉚釘固定，其與裝在齒輪箱上的氣封環形成無摩擦配合，組成迷宮密封。本機組氣封環為4段密封，其結構見圖2。

圖2 迷宮密封結構

引起葉輪損壞的原因，大多也會同時引起梳齒套及氣封環損壞。下面根據結構原理分析密封氣、廢氯氣及回抽氣對迷宮密封的影響。

2.2.1 密封氣品質差

氯氣透平式壓縮機要求使用的密封氣為干燥氮氣或干燥空氣。如果密封氣水含量超標，會進入迷宮密封向葉輪方向流動，遇到氯氣即會對梳齒套造成腐蝕，使密封失效，或是引起高速轉子動平衡破壞，導致整個轉子及相配合的部件損壞，并可能引起氯氣泄漏污染環境。更嚴重者，使齒輪箱、油箱中潤滑油氯化變質，生成黑色黏稠狀物質極難清洗，導致潤滑油變黑。如未及時發現，可導致齒輪箱及整個機組損壞。密封氮氣經過處理后，含水體積分數小于0.005%。

2.2.2 密封氣未開或開度小、壓力低

密封氣未開或壓力過低，其危害視迷宮密封情況而定。如果迷宮密封效果不好，且廢氯抽吸效果不好，可造成氯氣外逸[7]。如果迷宮密封密封效果良好，且廢氯抽吸效果良好，則可能發生下列情況。

(1)空氣從密封氣排放處被吸入，濕空氣遇氯氣會腐蝕梳齒套。

(2)由于壓縮機一、二級迷宮密封均有回一級進氣的廢氯回抽管，此處有較高的負壓，如果廢氯吸收塔的負壓過小，會造成含大量濕氣的廢氯吸收至一級進氣口，這不僅會腐蝕梳齒套，也會腐蝕葉輪。

氯氣透平式壓縮機正常運行時，密封氣應作如下調節。

密封氣從腔室A注入，腔室B與一級進口C相連，腔室F通向大氣，腔室E為氯氣與密封氣的混合氣體腔。設備運行時，葉輪背面(腔室D)的壓力大于葉輪進口處C的壓力，注入A腔的密封氣壓力調節到比E腔出口的混合氣壓力高0.01～0.02 MPa。只要恰當地調節密封氣注入壓力，就可以有效阻隔氯氣外漏到大氣，限制密封氣漏入機器內部。

3 結語

綜上所述，為保證氯氣透平式壓縮機長周期安全穩定的運行，生產操作人員、維護保養人員要密切關注設備運行狀況。根據設備運行的各項參數的變化情況，定期予以分析評估。當設備運行異常時，應及時檢查原因并排除，必要時按照設備操作規程及時停車檢修，建議不少于每年一次的定期檢查，根據情況予以維護保養，更換磨損超標的零部件，以免個別零部件的失效殃及其他部件或整機的正常運行。檢修設備時，一定注意拆解部件的保護。設備及管道及時加裝盲板與空氣隔絕，以免造成級間冷卻器及管道的腐蝕。檢修后，應用合格的氣體進行徹底的置換。在停機備用期間，不能停止干燥氣體的保護，定期啟動油泵潤滑和盤車。

氯氣透平式壓縮機操作自動化程度高，處理能力大，運行平穩。建議氯堿生產企業及時向設備生產企業反饋設備運行情況，共同努力將設備管理好、運行好、維護好。

[1] 刁玉瑋，王立業.化工設備機械基礎[M].大連：大連理工大學出版社 ，1994：20-21.

[2] 徐文盛.高速泵止推軸承毀壞原因分析[J].廣石化科技，1998(4)：20-21.

[3] 王德祥，寧振超，司志坦.氯氣壓縮機運行管理[J].氯堿工業，2015，52(6)：39-41.

[4] 張志才，郭小川，趙波，等.不同黏度等級潤滑油在柴油發動機上的對比試驗[J].后勤工程學院學報，2014，30(5)：41-46.

[5] 李嫚，徐斌，王旭.氯氣壓縮機振動原因及處理措施[J].氯堿工業，2015，51(11)：36-37.

[6] 楊金順.透平式氯氣壓縮機高速轉子損壞原因探析[J].中國氯堿，2014(1)：19-21.

[7] 裘雪玲.迷宮密封的密封機理研究[J].化工裝備技術，2010，31(2)：34-36.

[編輯：蔡春艷]

Fault analysis of chlorine turbocompressor and parameter control in operation and maintenance

XUYuan

(Chongqing Wintinwe Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd., Chongqing 401221, China)

chlorine turbocompressor; tilting pad; thrust bearing; comb sheath; labyrinth seal

The possible causes of damage of tilting pad and thrust bearing during operation of chlorine turbocompressor were analyzed to be frequent start-up and shutdown, poor quality of lubricating oil, and mechanical vibration caused by high-speed rotor. The possible causes of damage of comb sheath were analyzed to be poor quality of seal gas and small opening of seal gas valve. In order to eliminate the effects of these factors, parameters were controlled reasonably in operation and maintenance and thus normal and stable operation of the turbocompressor was ensured.

2017-02-07

TQ028.2

B

1008-133X(2017)03-0021-04

*[作者簡介] 許淵(1979—)，男，畢業于重慶科技學院機電一體化專業，現任重慶市映天輝氯堿化工有限公司機電儀車間副主任，主要從事機械設備管理工作。