合成氣壓縮機故障總結與分析

寧 靜，楊永祥，李 明，諸 兵

（中海石油富島股份有限公司，海南東方 572600）

中海化學富島公司化肥二期是年產450kt 合成氨和800kt大顆粒尿素裝置。合成氣壓縮機組103-J/JT 是合成氨裝置的關鍵動設備之一，由日本三菱重工株式會社（MHI）設計制造。該合成氣壓縮機驅動透平為單缸、抽冷凝式，型號為5EH-6BD。壓縮機低壓缸型號4V-7，高壓缸4V-7S。最大連續轉速14 183r/min。自2003年9月投入使用以來，設備多次出現嚴重損壞，包括高壓缸隔板斷裂、透平掉葉片等一系列狀況。

1 機組故障歷史

合成氣壓縮機是合成氨裝置核心設備，設備故障跳車都會導致裝置跳車。2003年9月裝置投產，三個月后機組就出現高壓缸隔板斷裂的情況。之后高壓缸一直存在振動高的狀況，期間還出現過兩次汽輪機轉子葉片脫落的狀況（見表1）。針對主要出現的故障，三菱公司對機組進行了補焊、隔板改造、透平轉子葉片改造，以及對軸承、阻尼器改造和增加軸向力監測等措施（見表2），但改造的效果不盡理想。2015年7月103J 高壓缸再次出現轉子失穩故障。反復多次故障改造后，已很難從根本上解決機組的問題。之后機組處于降負荷運行的狀態，轉速限制在12 800r/min 以下，導致其成為裝置的生產瓶頸，工藝系統的負荷長期處于92%。

表1 合成氣壓縮機組重大故障一覽表

續表

表2 合成氣壓縮機故障后重大改造一覽表

2 原因分析

1）化肥二期合成氣壓縮機組是日本三菱公司首次應用于450kt 合成氨裝置，對比同類型機組的故障率和局部改造頻率，化肥二期合成氣壓縮機組設計不成熟，可靠性、穩定性不足。重慶建峰化肥二期裝置采用與富島化肥二期裝置同樣的KBR技術、同樣的壓縮機機型、同樣的工藝主體參數，建峰化肥二期裝置合成氣壓縮機運行非常穩定，2012年投產運行至今，未出現類似的設備運行事故。

2）最初因高壓缸循環段葉輪尺寸不足，重新對葉輪進行過設計和安裝。這對在原廠經過動平衡試驗后的轉子動平衡會有所改變。葉輪改造后應對整個轉子重新做動平衡試驗，滿足殘余不平衡量的要求。另一方面，循環段葉輪尺寸改變也會改變軸向上的推力，也應對推力軸承和阻尼器等進行改造，滿足軸向力平衡的要求。這兩方面有欠缺都會導致機組振動高、失穩的問題。

3）機組出現的諸多故障直接原因是由于振動、失穩造成的。振動和失穩的可能有多方面原因：設備本身轉子不平衡、轉子剛性不足、未設置渦流消除裝置、軸承間隙過大、安裝找不正和不對中、基礎強度不夠以及頻率共振等。

3 結論

目前機組很難在現有基礎上完全解決以上問題，富島公司計劃在工藝基礎數據不變、設備基礎不變、最大程度地利用原設備的前提下對合成氣壓縮機組進行更新改造，目前處于前期研究階段。