大型离心式压缩机存在问题分析与对策

张昌会 ，冯小梅 ，杜欢乐 ，李建伟

(1.河南神马尼龙化工有限责任公司，河南平顶山 467000;2.黄河水文勘察测绘局，河南郑州 450003)

硝酸生产装置中压缩机处于中心位置，原因有三个:①压缩机是硝酸装置的动力中心，我们只有通过压缩机源源不断的向工艺系统供应压缩空气，整个装置才能进行动力、热力循环，为工艺系统提供反应空气;②硝酸装置压缩机组属于大型机组，没有备用设备，它的运行情况好坏，直接决定硝酸装置生产能力，所以必须做好硝酸压缩机的计划检修工作;③硝酸压缩机造价高，检修费用高，检修周期长，所以压缩机的运行维护特别重要。

针对压缩机在硝酸生产装置中所处位置的重要性，我们应加强对压缩机日常运行的维护管理工作，做到及时发现问题，解决问题。

1 压缩机出现的问题及采取措施

我公司硝酸装置，自己有一台大型离心式空气压缩机，该压缩机是由英格索兰设计生产的，设计打气量为18 400 Nm3/h，打气压力为1.203 MPa。该压缩机在生产运行中，会出现压缩机打气量不足、打气压力达不到工艺设计要求指标的现象，严重影响了硝酸产能。

为了解决硝酸装置压缩机打气量不足的问题，我厂于2005年5月对该压缩机进行一次大修，在检修过程中，我们发现如下问题:①压缩机中冷器后边的流道内壁铁锈严重起皮、脱落，在随后的表面清理中，清理出大量铁锈。②压缩机第二、第三、第四级扩压器导向叶片不同程度受到损伤，特别是第四级导叶受损伤最大，非常明显，几乎把导向叶片削成一个刀片。

经过检修，我们更换了受损伤严重的第四级扩压器，对压缩机三个中冷器后边的流道内壁铁锈做除锈处理，并对压缩机流道内壁进行了防腐处理，此后开车，压缩机各项工艺指标均达到设计要求指标，此次检修效果理想。

2 问题分析及总结

2010年，再次出现压缩机打气量不足问题，初步判断压缩机级间温度高是主要原因，在对三个中冷器进行化学清洗后，效果不太明显，最后决定更换中冷器，问题得到根本解决。通过对该压缩机两次成功检修，我们认真整理了压缩机在检修中所反映出来的问题，分析和总结情况如下:

2.1 中冷器问题分析及指导意见

我厂压缩机是一台设计有四级压缩级和三级中冷器的离心式空气压缩机，空气在每两级压缩级间所经过的流程如下:空气在第一级被压缩后，进入中间冷却器，再进入第二级压缩级进行下一级压缩。

在该压缩机中被压缩的是空气，其中含有一定的水分，具有一定的湿度，被压缩空气在流出中间冷却器后，具有高压低温的条件，在此条件下空气中的气态水很容易凝结成为液态水，最终聚结成水滴，这些水滴被设置在压缩机级间空气流道内的不锈钢丝网除去，经过级间疏水器排出压缩机外。

由于在压缩机流道内有大量水分凝结，压缩机流道内壁又是由铸铁材料制成，在水分和氧气存在条件下，压缩机流道内壁很容易发生氧化腐蚀，生成氧化铁粉末，时间久远，就会出现压缩机内壁锈蚀起皮和脱落的现象。

压缩机内壁铁锈脱落的现象很危险，表现在四个方面:①脱落的铁锈粉末在离心力作用下，会造成压缩机各级扩压器导向叶片受到损伤，这方面的问题在压缩机检修过程中已经得到验证;②压缩机流道的腐蚀会导致压缩机寿命严重缩短;③铁锈粉尘会严重影响压缩介质质量，铁锈粉尘会随压缩空气流到下游，会使下游铂催化剂中毒，使硝酸装置产能下降;④因为中冷器结构原因，铁锈夹杂在空气流中，会堵塞中冷器气侧空气通道，也会黏附在中冷器气侧内表面，降低气侧空气换热效率，最终结果是降低压缩机打气量。

通过以上压缩机流道内铁锈来源及影响分析作出总结:压缩机内壁要及时做防腐处理，在运行一定时间后，要及时对防腐情况进行检查，必要时要重新做防腐处理，比较合理的时间应该在3～5 a之间，可以通过工艺催化剂运行情况或者中冷器运行情况综合进行判断。

2.2 压缩机检修中出现的问题分析

根据离心压缩机工作原理，被压缩介质在压缩机叶轮上获得高速动能后，在离心力作用下，被甩向扩压器，此过程中，高速运动的被压缩介质必然会对扩压器导向叶片产生强烈冲击作用，如果压缩介质是洁净的空气，冲击力会很小，如果被压缩介质中含有硬性颗粒或者粉尘，则压缩机扩压器导向叶片就会受到较大损伤。

对照实物，分析认为，压缩机第二、第三、第四级扩压器导向叶片受损伤，是因为被压缩介质中含有的硬性颗粒或者灰尘强烈撞击压缩机导向叶片，在设计上，一、二、三、四级叶轮线速度依次增加，四级叶轮线速度最大，所以四级扩压器导向叶片受损伤也就最大。至于压缩介质中的硬性颗粒和灰尘来源，分析其可能性有如下两点:

①被压缩介质中含有的硬性颗粒或者灰尘是由于压缩机进口空气没被过滤，直接走短路所致，生产中就有这样的经验，压缩机进口虽然设有精度很高的空气过滤器，但是由于检修人员疏忽，导致压缩机进口滤芯装不到位，滤芯密封不好，出现部分空气走短路的现象。

②在压缩机一级、二级、三级中冷器后流道内壁有铁锈粉末，该铁锈粉末随压缩空气进入流道，并随空气流到下一压缩级，这也是压缩介质中硬性颗粒的一个主要来源。

通过以上导致压缩机各级导向叶片受损伤的原因分析，以及硬性颗粒来源分析，总结认为，被压缩介质必须在进压缩机之前就过滤干净，而且要避免压缩机流道内产生铁锈粉末;压缩机扩压器应及时进行检查，必要时进行扩压器修复，如果压缩机扩压器不好判断损伤情况，可以通过压缩机的一些相关工艺指标，辅助进行判断，如各级出口压力指标的变化，特别是四级出口压力的偏低，如果低于正常指标，应考虑修复扩压器，根据经验，压缩机运行4～5 a应该考虑检修扩压器导向叶片。

2.3 中冷器内水侧、气侧结垢的分析和处理

我厂在2010年压缩机检修中发现，中冷器水侧和气侧都有较严重的结垢，此前，在压缩机运行间隙，我厂技术人员进行过4次中冷器水侧化学清洗，每次进行化学清洗后，都会出现级间温度降低现象，这是我们所期望的结果，但是，每次清洗后，都会出现这一次化学清洗后比上一次化学清洗后级间温度出现上涨情况，根据这个情况，我们在对压缩机中冷器水侧进行了4次化学清洗后，决定更换中冷器，级间温度彻底下降，数据统计如下页表1所示。

通过统计表格数据，我厂技术人员结合实际情况进行了分析:

压缩机中冷器水侧进行反复化学清洗，出现反复结垢，说明中冷器有结垢的原因存在，具体如下:

①中冷器为铜质换热管，换热效率比较高，由压缩机一、二、三级扩压器出来的空气是100℃以上的高温气体，这些高温气体经过换热效率极高的铜质换热管时，能够快速冷却，局部换热面水温可以超过50℃，循环水在超过50℃时容易在换热器表面形成垢层，因为三个中冷器壳程走的是循环水，所以容易结垢。

②循环水在换热器内流速慢，而且在换热器内有死角，水中颗粒物易沉积，导致中冷器易于结垢。

③循环水上水没有设置过滤器，水里面杂质多，加上中冷器列管换热器列管排列紧密，导致中冷器因列管堵塞，致使循环水量不足，换热效果不好。

依据表中数据，压缩机中冷器每次化学清洗后，总比上一次化学清洗后级间温度高，说明单纯处理中冷器水侧已经不能解决问题了，原因可能是换热器使用时间过长，气侧没有及时清洗，结垢严重，此时应考虑更换中冷器。

表1 数据统计表

依据上述分析，以及我们的检修结果验证，特别提出压缩机中冷器化学清洗及更换的超前分析预测方法:①如果中冷器进行化学清洗后，级间温度会出现较大幅度温度降低现象，说明中冷器水侧结垢严重，出现类似级间温度高现象时，可以采用中冷器水侧化学清洗的方法解决中冷器结垢问题;②每次中冷器化学清洗后，都会出现本次化学清洗后比上一次化学清洗后，级间温度出现上涨现象，类似表1中四级入口温度4次化学清洗后温度依次是:35、37、43、46℃，依此可以判断中冷器气侧结垢严重，此时应该考虑更换中冷器。

通过对我公司压缩机的检修及检修后的分析总结，我们认为只要针对检修中反映出的问题制定相应的措施，就会使压缩机在运行中得到良好的维护，进而可以延长机组使用寿命，减少机组维修费用，增加装置产能。