大型離心空氣壓縮機(jī)發(fā)出異常響聲的分析與處理

吳衛(wèi)民，蔡 斌，李永華

(錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125001)

大型離心空氣壓縮機(jī)發(fā)出異常響聲的分析與處理

吳衛(wèi)民，蔡 斌，李永華

(錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島 125001)

錦西天然氣化工有限責(zé)任公司空氣壓縮機(jī)自2012年11月起多次出現(xiàn)異常響聲，2014年后問(wèn)題更加嚴(yán)重，有時(shí)還伴隨部分管道及設(shè)備異常振動(dòng)。針對(duì)這種情況，分析了可能造成該問(wèn)題的多種因素，最終找到壓縮機(jī)段間冷卻器換熱管泄漏和消音器固定不牢這兩個(gè)主要原因，提出了針對(duì)性的整改措施，整改結(jié)果表明，異常聲響得到了徹底消除，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

空氣壓縮機(jī)；異常響聲；振動(dòng)；段間冷卻器

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.04.014

錦西天然氣化工有限責(zé)任公司合成氨裝置采用先進(jìn)的美國(guó)布朗工藝，年產(chǎn)30萬(wàn)t合成氨?？諝鈮嚎s機(jī)負(fù)責(zé)為一段轉(zhuǎn)化爐提供穩(wěn)定的乏氣，向二段轉(zhuǎn)化爐提供工藝空氣，以及給儀表空氣系統(tǒng)提供穩(wěn)定的儀表風(fēng)和工廠風(fēng)。因此，空氣壓縮機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行與否直接影響著合成氨裝置的運(yùn)行。

該空氣壓縮機(jī)是型號(hào)為RG063/06-L1的多軸離心式壓縮機(jī)，由MS5261RA型燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，燃?xì)廨啓C(jī)與壓縮機(jī)經(jīng)主軸相連，主軸通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)1個(gè)大齒輪，該大齒輪又驅(qū)動(dòng)3個(gè)小齒輪，幾個(gè)齒輪公用1個(gè)齒輪箱，壓縮機(jī)的齒輪及軸承潤(rùn)滑與燃?xì)廨啓C(jī)共用1套油系統(tǒng)。在3個(gè)小齒輪兩端各安裝1個(gè)葉輪，組成壓縮機(jī)的六級(jí)。該空氣壓縮機(jī)占地面積小，運(yùn)行聲音較大，六級(jí)葉輪、驅(qū)動(dòng)齒輪箱及部分管道布置在一個(gè)封閉的隔音艙室內(nèi)，并配有3臺(tái)引風(fēng)機(jī)保證艙室內(nèi)的空氣流通[1]。

該空氣壓縮機(jī)為多軸離心壓縮機(jī)，多年來(lái)出現(xiàn)的問(wèn)題較多。2012年11月14日5：30左右，壓縮機(jī)突然發(fā)出類似喘振的低吼式的異常響聲，每聲持續(xù)時(shí)間2～3s，時(shí)間間隔3～5s。全面檢查機(jī)組運(yùn)行工況，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。由于機(jī)組集中布置在一個(gè)隔音艙室內(nèi)，也未能及時(shí)準(zhǔn)確定位具體發(fā)聲部位。在接下來(lái)的幾年里，又多次出現(xiàn)這種情況，特別是在進(jìn)入2014年后，發(fā)出異常響聲的次數(shù)越來(lái)越頻繁，每次發(fā)聲的持續(xù)時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)，有時(shí)還伴隨著管道的異常振動(dòng)。到2016年5月裝置大修之前，情況變得更加嚴(yán)重，機(jī)組經(jīng)常發(fā)出異常響聲，而且每次持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，有時(shí)甚至持續(xù)5～6h，通過(guò)一般的工況調(diào)整已無(wú)法從根本上解決問(wèn)題，給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

1 空氣壓縮機(jī)工藝流程

空氣經(jīng)方框式過(guò)濾器和消音器進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，先后經(jīng)過(guò)分別獨(dú)立設(shè)置蝸殼的六級(jí)葉輪，壓縮到3.22MPa(a)、227℃，為系統(tǒng)提供工藝空氣。入口空氣流量可通過(guò)蝶閥和導(dǎo)向葉片進(jìn)行調(diào)整控制，并由出口流量表顯示。在正常運(yùn)行中保持入口蝶閥全開，通過(guò)DCS調(diào)整導(dǎo)向葉片開度控制進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣量。在一級(jí)和三級(jí)出口分別設(shè)置了段間冷卻器和段間分離器。為防止冬季溫度過(guò)低的入口空氣在入口過(guò)濾器前結(jié)霜、結(jié)冰，影響空氣的正常吸入，設(shè)置了由三級(jí)出口回到入口的防冰線，通過(guò)手動(dòng)截止閥調(diào)整控制。為防止機(jī)組發(fā)生喘振，在三級(jí)和六級(jí)出口段分別設(shè)置了2個(gè)放空閥，在機(jī)組停車或調(diào)整負(fù)荷過(guò)程中打開，讓空氣部分或全部放空。

2 異常響聲的原因分析及排查

空氣壓縮機(jī)發(fā)出類似于壓縮機(jī)喘振式的響聲，威脅機(jī)組的運(yùn)行安全，錦西天然氣化工有限責(zé)任公司在幾年時(shí)間里進(jìn)行了多項(xiàng)原因分析和故障排查工作。

2.1 壓縮機(jī)喘振

喘振是離心壓縮機(jī)的一種固有現(xiàn)象，因操作不當(dāng)造成出口壓力過(guò)高，或者空氣流量過(guò)小時(shí)，都有可能造成壓縮機(jī)發(fā)生喘振。在多年的運(yùn)行中，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)為數(shù)不多的幾次喘振。

2012年11月14日5：30左右，壓縮機(jī)發(fā)出幾次近似于喘振的異常響聲，總的持續(xù)時(shí)間不到1min，當(dāng)時(shí)操作人員初步認(rèn)為機(jī)組發(fā)生了喘振，但檢查機(jī)組各運(yùn)行曲線、空氣流量及各進(jìn)出口壓力后均未發(fā)生任何波動(dòng)，各級(jí)振動(dòng)平穩(wěn)，機(jī)組運(yùn)行無(wú)其他任何異常，即可以確定機(jī)組未發(fā)生喘振。在之后近4年的時(shí)間里，又多次出現(xiàn)類似的或者更加嚴(yán)重的異常響聲，也都進(jìn)行了相應(yīng)的檢查，排除了壓縮機(jī)喘振的因素。

2.2 入口導(dǎo)向葉片故障

壓縮機(jī)入口導(dǎo)向葉片是由原德國(guó)GHH公司生產(chǎn)的氣動(dòng)閥門，通過(guò)閥門定位器、氣缸、連桿、轉(zhuǎn)軸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)在DCS中進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整，帶動(dòng)8個(gè)扇形葉片旋轉(zhuǎn)，從而調(diào)整進(jìn)入機(jī)組的空氣量，在8片葉片中間預(yù)留一個(gè)Φ50mm的圓孔，以保證在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的最小流量。

2.2.1 更換折斷的導(dǎo)葉葉片轉(zhuǎn)軸連桿

隨著該空氣壓縮機(jī)發(fā)出異常響聲的次數(shù)越來(lái)越多，且持續(xù)時(shí)間的越來(lái)越長(zhǎng)，逐漸對(duì)發(fā)聲位置進(jìn)行比較準(zhǔn)確的定位。最初發(fā)聲持續(xù)的時(shí)間較短，壓縮機(jī)一級(jí)入口處感覺(jué)明顯，檢查發(fā)現(xiàn)在靠近閥門氣缸位置處的一個(gè)葉片轉(zhuǎn)軸連桿折斷，造成了該葉片調(diào)節(jié)失控，在氣流的作用下有小幅振動(dòng)。曾在一段時(shí)間內(nèi)，由于導(dǎo)向葉片氣缸漏氣等原因，閥門一直有3%～5%的波動(dòng)，因此，判斷為由于閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障使閥門喘動(dòng)，造成了葉片轉(zhuǎn)軸連桿折斷，當(dāng)入口達(dá)到一定的空氣量時(shí)產(chǎn)生共鳴，機(jī)組發(fā)出了異常響聲。

檢修人員在線更換并固定好轉(zhuǎn)軸連桿，并對(duì)其他機(jī)械部分進(jìn)行了檢查和修復(fù)，在調(diào)試過(guò)程中，入口導(dǎo)向葉片隨氣缸動(dòng)作靈活，但仍有3%～5%的小幅波動(dòng)。在處理后的第2天，壓縮機(jī)再次發(fā)出了異常響聲，因此，入口導(dǎo)向葉片喘動(dòng)以及造成的轉(zhuǎn)軸折斷不是導(dǎo)致壓縮機(jī)異常響聲的原因。

2.2.2 用內(nèi)窺鏡檢查導(dǎo)葉葉片的運(yùn)行

由于機(jī)組異常響聲頻繁出現(xiàn)，2014年5月21日，決定用內(nèi)窺鏡檢查導(dǎo)向葉片的工作狀況。在入口導(dǎo)向葉片前管道200mm正下方處開Φ25mm的小圓孔，將內(nèi)窺鏡探頭從小圓孔中探入，并指向入口導(dǎo)葉葉片位置。在DCS中手動(dòng)調(diào)整導(dǎo)葉開度，通過(guò)內(nèi)窺鏡觀察導(dǎo)葉葉片，葉片旋轉(zhuǎn)靈活，動(dòng)作到位，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2.3 固定入口導(dǎo)葉開度

由于入口導(dǎo)葉在運(yùn)行中有3%～5%的波動(dòng)，空氣量也隨之有小幅波動(dòng)。為了保證入口空氣的穩(wěn)定，用夾具固定導(dǎo)向葉片氣缸閥桿至全開位，通過(guò)入口蝶閥手動(dòng)調(diào)整機(jī)組入口空氣量，同時(shí)，為了保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行及工藝系統(tǒng)的需要，控制空氣量在54 000m3/h以上。

經(jīng)過(guò)對(duì)入口導(dǎo)向葉片的一些處理工作，壓縮機(jī)發(fā)出異常響聲的問(wèn)題在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)有所緩解，但仍然時(shí)有發(fā)生，因此，入口導(dǎo)葉運(yùn)行狀態(tài)不是造成壓縮機(jī)異常響聲的主要原因。

2.3 一級(jí)出口水冷卻器列管泄漏

隨著壓縮機(jī)發(fā)出異常響聲的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，有時(shí)在一級(jí)出口冷卻器的出氣口處發(fā)出很大的節(jié)流聲，并伴隨有明顯大出正常時(shí)的異常振動(dòng)。該冷卻器管程冷卻水壓力0.46MPa(g)，殼程空氣壓力0.41MPa(g)，因此在列管泄漏時(shí)，會(huì)有冷卻水進(jìn)入空氣中，加大了一級(jí)出口分離器負(fù)荷，同時(shí)也加大了進(jìn)入壓縮機(jī)二級(jí)的空氣密度，空氣因夾雜水分過(guò)多引起水擊，從而造成了設(shè)備、管線振動(dòng)，發(fā)出異常響聲。

由于分離器排水閥一直保持小開度排水，液位一直沒(méi)有上漲，同時(shí)，排水管深入地漏中，不能明顯判斷排水量變化，因此在運(yùn)行中未能及時(shí)判斷出一級(jí)出口冷卻器泄漏。2014年6月空氣壓縮機(jī)組大修期間，發(fā)現(xiàn)二級(jí)蝸殼結(jié)垢嚴(yán)重(見(jiàn)圖1，最厚處達(dá)到了30mm)，一級(jí)出口冷卻器換熱管有3根爆管泄漏，經(jīng)渦輪檢查，另有10根換熱管減薄嚴(yán)重。因此，對(duì)有缺陷的13根換熱管進(jìn)行了焊接封堵，堵管情況見(jiàn)圖2。經(jīng)檢修處理的機(jī)組正常運(yùn)行后，異常響聲在一級(jí)出口冷卻器處消失。因此，一級(jí)出口冷卻器是造成機(jī)組發(fā)出異常響聲的主要原因之一。

圖1 二級(jí)蝸殼結(jié)垢

圖2 一級(jí)出口冷卻器堵管

2.4 消音器故障產(chǎn)生氣流再生噪音

空氣壓縮機(jī)入口消音器設(shè)置在入口過(guò)濾器之后，并與過(guò)濾器共用一個(gè)箱體?？諝饨?jīng)消音器后通過(guò)一個(gè)喇叭口收縮管道，再進(jìn)入到壓縮機(jī)一級(jí)壓縮。消音器為多通道阻式消音器，通過(guò)并列的7排消音箱體組成消音通道，消音棉固定封裝在消音箱體內(nèi)，當(dāng)聲波進(jìn)入消聲器會(huì)引起阻式消聲器內(nèi)多孔材料中的空氣和纖維振動(dòng)，由于摩擦阻力和粘滯阻力，一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而散失，從而達(dá)到消聲的目的。阻式消音器具有良好的中、高頻消聲性能，但當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)阻式消音器，因局部阻力和摩擦阻力形成湍流，或者高速氣流激發(fā)消音構(gòu)件振動(dòng)時(shí)，都將造成消音器產(chǎn)生氣流再生噪音。

該消音器經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后腐蝕嚴(yán)重，在2012年6月初的大修期間進(jìn)行了整體更換。在2015年12月后，空氣壓縮機(jī)發(fā)出異常響聲的次數(shù)越來(lái)越頻繁，且持續(xù)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，在入口消音器后方響聲最為明顯，并可明顯感覺(jué)超出平常的振動(dòng)。因此，懷疑因更換的消音器焊接不牢發(fā)生了損壞，或者消音棉不符合要求出現(xiàn)破損并發(fā)生堆積而形成了湍流，產(chǎn)生氣流再生噪音，從而發(fā)出異常響聲。在2016年6月初的裝置大修期間，解體檢查入口消音器，證實(shí)了此判斷，7列消音器發(fā)生松動(dòng)，特別是中間的兩列左右擺動(dòng)較大，在大氣流下可能發(fā)生振動(dòng)，從而引發(fā)氣流再生噪音。因此，空氣壓縮機(jī)入口消音器的氣流再生噪音是引起空氣壓縮機(jī)發(fā)出異常響聲的一個(gè)主要原因。

3 處理措施

從2012年11月14日起，空氣壓縮機(jī)多次發(fā)出異常響聲，經(jīng)過(guò)大量的原因分析及故障排查工作，發(fā)現(xiàn)是一級(jí)出口冷卻器換熱管泄漏以及入口消音器固定不牢導(dǎo)致松動(dòng)這兩個(gè)主要原因引發(fā)氣流再生噪音，對(duì)此分別采取了針對(duì)性措施。

3.1 更換一級(jí)出口冷卻器

由于壓縮機(jī)一級(jí)出口冷卻器泄漏，循環(huán)水進(jìn)入空氣中，大大增加了空氣濕度，空氣密度增大，在冷卻器空氣出口進(jìn)入到分離器的管道處發(fā)出較大的沖擊聲。在2014年6月大修期間，封堵?lián)Q熱器列管13根，在2016年5月的裝置大修中，對(duì)該冷卻器進(jìn)行了整體更換，并對(duì)段間分離器除沫網(wǎng)進(jìn)行了全面維修和清理，并在日常操作中加強(qiáng)對(duì)分離器的排水操作，防止換熱器泄漏，導(dǎo)致液態(tài)水進(jìn)入機(jī)組，損壞設(shè)備。經(jīng)過(guò)這樣的處理后，在一級(jí)出口冷卻器處的異常響聲得到了徹底消除。

3.2 消音器維修

在2016年5月裝置大修期間，對(duì)壓縮機(jī)入口消音器進(jìn)行解體檢查，確認(rèn)消音棉工作狀態(tài)正常，對(duì)2012年消音器更換后不合理的固定方式進(jìn)行了改進(jìn)，參照原設(shè)計(jì)進(jìn)行了重新固定，確保消音器的牢固性，解決了左右擺動(dòng)的問(wèn)題，消除了可能的振動(dòng)源。圖3為重新固定后的消音器，虛線框中為各列消音器之間的固定鐵板。此后，空氣壓縮機(jī)運(yùn)行正常，再?zèng)]有發(fā)出喘動(dòng)的異常響聲。

圖3 經(jīng)固定處理后的消音器

4 結(jié)語(yǔ)

空氣壓縮機(jī)機(jī)組發(fā)出異常響聲，有時(shí)還伴隨管道振動(dòng)，在4年多時(shí)間里頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行安全。經(jīng)分析排查，最終確認(rèn)一級(jí)出口冷卻器換熱管泄漏以及入口消音器因固定不牢發(fā)生松動(dòng)是造成頻繁異響的主要原因。雖然問(wèn)題得到了徹底解決，但是還需注意，設(shè)備運(yùn)行多年，應(yīng)加強(qiáng)檢查和維護(hù)，對(duì)設(shè)備更換維修也應(yīng)更加細(xì)致規(guī)范，從而保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]鄭書君.設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

修改稿日期：2017-05-08

Analysis and Solution for Abnormal Sound of Large Centrifugal Air Compressor

WU Wei-min，CAI Bin，LI Yong-hua

(Jinxi Natural Gas Chemical Co.，Ltd.，Huludao Liaoning 125001，China)

Air compressor of Jinxi Natural Gas Chemical Co.，Ltd.sounds abnormally for many time since the November of 2012.This situation becomes worse since 2014 and some pipes and equipment sometimes even abnormally shake.This paper analyzes possible reasons of this problem and finally determines that there are two main causes：one is heat exchange tube leakage of the compressor cooler and the other is unstable fixation of the silencer.The paper also provides reforming measures，which have been proved to be effective.The abnormal sound is completely eliminated and the whole unit can operate safely and stably.

air compressor；abnormal sound；abnormal shake；sector cooler

吳衛(wèi)民(1973年—)，男，遼寧葫蘆島人，2010年畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學(xué)化學(xué)應(yīng)用工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事大型化工機(jī)組的運(yùn)行管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.04.014

TH45

B

1004-8901(2017)04-0052-03