透平機的穩定性運行技術探討

劉 海

（東營市赫邦化工有限公司，山東 東營 257091）

東營市赫邦化工有限公司隸屬于山東海科化工集團，目前燒堿生產能力為20萬t/a（燒堿折百），環氧氯丙烷生產能力為3萬t/a。氯氣和氯化氫兩種氣體均采用國產離心式透平機壓縮輸送，2013年投入運行，目前狀況良好。

1 透平機規格型號（見表1）

表1 透平機規格型號

2 透平機的運行情況

氯氣透平機共3臺，自2013年投用以來，安全平穩運行，軸振動值小于10 μm，軸振動趨勢平穩。2017年10月因管程的循環水有個別堵塞現象，經4 MPa高壓水清洗一二級氯氣冷卻器后，運行月余，發現2#透平機的一級氯氣冷卻器在線pH值監測儀的數值高報警。經取樣復核pH值后，停機檢查，確認是一級氯氣冷卻器出現滲漏問題。接著對一二級氯氣冷卻器都進行了更換新冷卻器。其他2臺氯氣透平機立即提報新氯氣冷卻器準備待機更換。

氯化氫透平機最初采用了1臺，為4級壓縮（C8280A）。由于壓縮比相比較大，梳齒密封壓力有時易失衡，出現潤滑油污染，導致酸值超標等問題。相比2級透平機的軸振動值也稍大。

2015年考慮提高產能，新購進1臺4級氯化氫透平機（C8280B）。軸密封采用了新式的高低齒型梳齒迷宮密封設計，相比氯化氫透平機（C8280A）的直通形梳齒迷宮密封，更為可靠，使用效果非常理想。

3 運行中所遇問題和應對措施探討

3.1 潤滑系統的油質必須有保證

透平機具有極高的轉速，其轉速為15 600～22 068 r/mim。必需對前后軸承、齒輪進行潤滑和降溫，并且透平機的軸承采用的是動壓可傾多油楔滑動軸承，只有潤滑油注入才有承載能力，因此只有保證具有一定的壓力、流量、溫度的潤滑油供給透平機，機組才能安全正常運行。否則，滑動軸承表面的較軟的巴氏合金軸瓦襯極易損壞。因此，安全平穩運行，其潤滑品質保證是關鍵。定期監測潤滑油的運動粘度、酸值、水分、機械雜質等理化指標是必要手段，不合格時一定要及時更換潤滑油。尤其是酸值，當梳齒迷宮密封的充抽氣失衡時，極易酸化污染潤滑油。

3.2 臨界轉速的影響問題

由于在一階臨界轉速和二級臨界轉速之間運行，其轉速為15 600～22 068 r/min，透平機的轉子屬于撓性軸。轉動系統中轉子各微段的質心不可能嚴格處于回轉軸上，因此，當轉子轉動時，會出現橫向干擾，在某些轉速下還會引起系統強烈振動，這種情況下的轉速就是臨界轉速。也就是說，當開機運行或停機時，轉子的轉速必然會經過一級臨界轉速，比時振動肯定要加劇，但只要迅速通過去，由于軸系阻尼作用的存在，一般不會造成破壞。理論上來說，應盡量減少透平機的開停次數。

3.3 備用狀態時定期盤車，但需注意避免滑動軸承干磨

因為是動壓滑動軸承，其表面是一層較軟的巴氏合金軸瓦襯，若直接進行盤車，肯定會磨損軸瓦襯，久而久之會縮短軸承壽命。因此，盤車時應注意首先啟動潤滑系統，使滑動軸承處于充分潤滑狀態再盤車，可避免滑動軸承上的巴氏合金的磨損。

3.4 透平機停機后應注意及時輸走局部的熱量

當停機時，應使齒輪油泵繼續運轉10～15 min，使潤滑系統繼續循環，使得轉動部件得到充分的冷卻，否則，會導致滑動軸承表面局部高溫，生成大量積炭的現象。

3.5 透平機的級間冷卻器滲漏問題

采用無壓回水方式是非常有必要的，若發生滲漏時，因氣體介質側的壓力高，會泄漏向低壓的循環水中，而不會漏向工藝管道和透平機中導致設備事故。由于循環水中氯根較高（約 200×10－6），其管程的循環水側做TH99設備內防腐涂料處理，但了解到多數用戶發現其安全壽命一般是四五年。實際使用壽命應該與氯中含水或氯化氫中含水控制指標有直接關系。

若遇更換新級間冷卻器，氯氣或氯化氫氣體中的含水指標要求又非常高，吹掃水分、灰塵和鐵銹等非常重要。使用常溫氣體吹掃，則冷卻器中水分不易完全吹除，可以考慮利用透平機進行吹掃，即將透平機的每一級進口都開放，從大氣環境中吸氣，經吸入葉輪壓縮之后，氣體體積變小，同時溫度升高了，因熱空氣吹掃水分的效果更佳。

3.6 原料氣純度不高的問題

由于透平機是高速運轉，靠離心力使氣體物料產生重力做功，當原料氣純度不高時，或者摻入的其他氣體重度相比較小時，會導致透平機的出口壓力偏低的現象。

3.7 喘振的發生時機和影響現象

喘振是離心式透平機特有的缺點。喘振現象從物理角度看是一種低頻、高振幅的氣流壓力脈沖。這種具有一定能量的氣流脈沖使氯氣離心式透平機高速轉子失穩、振動加大，嚴重時發出轟鳴聲和嚴重的噪音，同時機身強烈振動，出口壓力、電流劇烈波動，若在喘振工況下持續工作，那么產生的后果是十分危險的。但也可以看出喘振流量是最小流量（即出口壓力接近其最大升壓時）。常見喘振均發生在大幅度減量生產和管網中壓力突高，也就是小流量運轉和透平機的排氣壓力小于管端壓力時。因此在實際運行中，防止透平機進入小流量工況下運轉是關鍵。必須設置防喘振自動調節裝置，當發生喘振能夠快速打開回流閥以補充進氣氣量，以免傷害透平機。

3.8 軸振動數值形成趨勢圖非常重要

高速轉子的運行狀態直接體現了透平機的運行狀況，所以軸振動是透平機運行最關鍵的一個監測數據。軸振動在線監測儀一般是采用渦流探測儀，非直接觸性的探測，所以是一種相對值，而非絕對值。利用信息化技術形成電子趨勢圖，對于機組的運行穩定性分析具有很大的意義。

3.9 軸封的可靠性問題

因透平機高速運轉，軸封裝置采用的是梳齒迷宮密封，即非摩擦型密封，所以迷宮密封與軸之間仍有一定的微小間隙。梳齒迷宮密封僅為一段阻力極大的流道，為有效阻止氯氣或氯化氫氣體的泄漏，采用了抽、充氣相給合的形式。其機能是：含濕量小于100×10－6的干燥空氣或氮氣經充氣室自控閥門以約1 500 mmH2O壓力進入迷宮密封室中，而泄壓室又經調節閥控制在－50 mmH2O壓力。這樣密封氣進入密封室后，一部分沿密封泄入大氣，另一部分則流向泄壓則，確保氯氣或氯化氫氣體的可靠密封。透平機在停車時，為防止潮濕空氣進入機組或因機組出口閥關閉不嚴，造成氯氣或氯化氫氣體的泄漏。因此在停機時，也不應關閉氣封。從C8280AB氯化氫透平機的軸封使用效果對比，高低齒梳齒迷宮密封比傳統的直通形梳齒迷宮密封具有更可靠的密封效果。

3.10 酸霧夾帶的問題

雖然氯氣或氯化氫氣體經過干燥后，再進入酸霧捕集器，捕集效果良好（所有1 μm以下霧粒的捕集效率為99．3%）。但在運行約4年時拆檢透平機進出口，發現有干態的酸泥物質附著在透平機的葉輪上。物料介質中可能含有很微量的酸泥，經過日積月累造成了沉積附著，應及時清理維護。

4 結語

國產透平機制造技術在逐步走向成熟化，運行穩定性已大大提高。良好潤滑是關鍵，其級間冷卻器采用無壓回水，且定期更換新級間冷卻器是透平機安全的重要保障。依據其工作原理，正確操作使用，提前做好預防和預測性維護，可達到長效安全穩定的生產運行狀態。