氯气透平压缩机故障分析与措施

2014-02-01刘琦

中国氯碱 2014年9期

刘琦

（山东阳煤恒通化工股份有限公司化工厂，山东临沂 276100）

山东阳煤恒通化工股份有限公司（以下简称阳煤恒通）40万t/a 离子膜烧碱项目一、二期各20万t/a装置分别于2011年7月1日和2012年4月25日顺利投产运行。氯气输送设备选用4H-3/4100型国产氯气透平式压缩机。该压缩机运行以来，各项指标总体平稳，综合效益显著。

1 氯气透平机的规格和性能

1.1 氯气透平压缩机主要运行指标

氯中含水：≤100×10-6；

一级氯气进口温度：20～30 ℃，一级氯气进口压力（绝压）：≥0.085 MPa；

氯气出口压力（绝压）：≤0.38 MPa；

适用烧碱产量：10万t/a，流量：4 100 Nm3/h。

1.2 氯气透平压缩机工作原理

氯气透平压缩机是一种多级离心式压缩机，其工作原理是借助于叶轮的高速旋转所产生的离心力对氯气做功，把叶轮旋转的机械能转化为动能，使气体流速得到提高，气体在流经扩压器和蜗壳时速度降低，气体的动能转化为静压能，使氯气压力升高，满足工艺使用要求。

2 透平机运行中出现的问题及解决措施

2.1 透平机前轴瓦振动值高

2012年3月27日9：30，氯氢处理岗位操作工发现1#透平机轴向位移报警（报警值为±0.15），9：47，轴向位移在-0.15～0.13 mm 之间波动。9：48以后，轴向位移显示又恢复正常，为-0.1mm 左右。10：12，1#透平机跳闸。

事后检查报警记录发现，10：12，1# 透平机前轴瓦（远离电机侧）径向振动值为197.16 μm（连锁跳机值为50 μm），同时轴向位移值为0.98 mm（连锁值为±0.30 mm）。

11：00，维修人员对1#机前轴瓦进行检查，发现前轴瓦径向瓦块磨损严重，2只瓦块的固定螺丝脱落。将主机前轴瓦瓦块进行更换，对轻微磨损的主轴进行修复后开机运行正常。

原因分析，（1）由于厂家装配质量差，前轴瓦有2块瓦块的固定螺丝脱落，造成透平机运行过程中瓦块晃动，磨损加大，振动值超高，连锁跳机；（2）因为透平机每次开停车都要经过临界，在临界区时振值是最大的，最容易造成径向瓦块和止推瓦块磨损，间隙增大。因此，频繁开停机也能造成透平机前轴瓦振动值超高连锁跳车。

采取的措施，（1）坚持计划检修、提高装配质量、杜绝误操作。在计划检修时彻底检查测量系统，开车前进一步确认，及时更换有任何问题的零部件。在停车备用期间，停相关测量系统的电源。避免长期通电对电气元件的影响。（2）联系厂家对防喘振自动系统进行完善，达到设计要求时，投运防喘振系统，确保机组的安全运行，防喘振自动调节系统必须建立在流量测量系统准确无误的情况下才能投运，否则反会带来更大的影响。（3）调整连锁设置，对于透平机前后轴瓦的4个振动值测点的连锁停机调整如下：当出现任意一点振动值超限值时，透平机只报警不连锁停机。当出现任意2点到高限值时，透平机连锁停机。根据实际运行经验与相关厂家论证，调整轴位移值报警值为±0.275 mm。

2.2 透平机后轴瓦径向振动值高

2012年3月24日，12：55：09，2#透机后轴瓦（靠近电机侧）径向振动值高报警，振动值为38.25 μm（报警值为38 μm），此后，2# 机后轴瓦径向振动一直在较高的振动值波动，并且连续报警。13：01：15，振动值达到52.44 μm（跳闸值为50 μm），2#透平机跳闸。

维修人员随后对透平机拆开检查发现，后轴瓦径向瓦块巴氏合金磨损严重，主轴磨损较重，磨损最大处减少了0.17 mm。拆开增速箱，发现增速箱的高速轴前后轴瓦均有所磨损，增速箱高速轴前轴瓦磨损较后轴瓦严重。经测量发现，增速箱径向间隙达到0.55 mm。

原因分析：在2# 透平机跳闸之前，润滑油油温，油压都正常，经化验分析，润滑油的各项指标都在控制指标范围内，可以排除润滑油造成轴瓦的损坏。基本上可认为是由于增速箱径向间隙过大（达到0.55 mm，合理值为0.12～0.15 mm），增速箱和透平机主机的同轴度偏离值大，带动透平机转子后轴瓦振动加大，轴瓦严重磨损，随后造成主轴的磨损、后轴瓦径向振动值高报警，2#透平机跳闸。

采取的措施，（1）严格控制增速箱和主机的同轴度偏离值为0.05 mm 以下。（2）定时检查润滑油油温，油压是否正常，润滑油的各项指标都在指标范围内。（3）针对透平机在修复过程中，焊接材料与原材料接缝处有过渡带，位置正好与振动探头相对，影响电信号反馈，造成振值偏高，坚决要求返厂修复接缝处。

2.3 透平机后轴瓦温度偏高

2012年4月2日15：00，操作工发现3#透平机后轴瓦温度偏高达到77 ℃，平均2.5 h 上升1 ℃，对3# 透平机停机检查。经测量发现，主机后轴瓦径向间隙在指标下限0.105 mm（标准为0.09～0.14 mm）。然后重新调整后轴瓦间隙，最后调整为0.12 mm。对前轴瓦的测振点进行校正。试开机，发现前轴瓦的振动值偏大在三十二微米左右，且有上涨的趋势。随后尝试带负荷，发现只要透平机带负荷，前轴瓦振动值就上涨，并且不断地触及报警值38 μm，空负荷运行4 h 后，情况仍然没用好转，决定停机检修。拆开前轴瓦进行检查，发现主机前轴承有一个下瓦块损坏，瓦块上有直径3 mm 的孔洞，更换瓦块后，开3# 透平机运行正常。

原因分析，（1）造成轴瓦温度高的原因是后轴瓦径向间隙处于下限0.11 mm，由于3# 透平机的后轴有伤，光滑度和平整度都比不上新轴，调整径向间隙不能偏小，否则，容易造成瓦温高，由于3#透平机在上次检修时后轴瓦径向间隙为0.11 mm。径向间隙太低，是造成透平机后轴瓦温度偏高的主要原因。（2）造成前轴瓦振动大的原因为前轴瓦有一个瓦块损坏，出现孔洞，瓦块表面形不成油膜，造成振动大。

采取措施，（1）3# 透平机主机后轴瓦径向间隙不能太低，应大于0.11 mm 以上，一般调整为0.12 mm。（2）重新找正机组，校对前轴瓦测振点。（3）加强润滑油的管理，每3个月，全面进行一次润滑油质的分析，保证油质的良好稳定。日常的运行过程中严格控制好油压、油温，备用机的润滑油除检修外，保持在正常运行状态。

2.4 透平机主推力轴承超温

2012年4月25日，5# 透平机机在加压准备并系统时，主推力轴承温度瞬间超温报警，轴向位移报警，拆检后发现主推力瓦块烧坏，更换了备用瓦块，在投运行时，温度偏高，在并入系统运行时，主推力瓦温度为70 ℃左右，比其他机高接近20 ℃，在开机准备并系统过程中，又出现第一次现象，现场拆检发现主推力瓦块损坏无法使用，维修人员在更换瓦块时发现，5# 机后轴承盒上下盒端面不在一平面内，相差0.05 mm，更换瓦块后于5月5日试车并系统时又出现轴瓦温度瞬间超温，轴向位移瓦温报警，紧急停车后，拆检发现主推力瓦磨损。

分析原因，5月11日厂家技术人员现场拆检，发现主推力瓦块出厂错装成副推力瓦块，造成后续2次瓦块继续装错，由于瓦块装错，在加压运行过程中不能形成油楔，无法形成油膜和平衡轴向力，造成瓦块损坏。更换成主推力瓦块后，并系统运行正常。

采取措施，（1）加强计划检修。虽然厂家建议每年拆检1次，但根据本公司透平机运行情况，运行6 000个台时就应该进行1次计划检修，主要检查增速箱和主机的同轴度，检查主机前后轴承的径向间隙和瓦块情况。（2）严格操作规程。如果在运行过程中，发现轴振动值和轴位移值偏高，振动值超过30μm，轴位移接近报警值±0.15 mm 时，并且有上涨的趋势，只要出现其中1种情况，应停机检修。（3）加强透平机备品备件的管理，保证备品备件的齐全。

2.5 透平机后轴瓦轴振动测定值失真

2012年4月3日14：40，1# 透平机机后轴瓦轴2个振动测点中的1个振值测点迅速超高报警（报警值50 μm），并很快达到150 μm 以上，而另一个振值测点始终在17 μm 恒定。联系透平机厂家仪表人员进行检查，认定为测点损坏，只能用一个测振点进行监测。4月4日，5：44，操作工发现，1#机的后轴瓦剩下的一个振值也在波动，波动范围为六十微米左右。停车检查发现轴瓦的2个测振线全部磨坏，瓦块和轴未见异常，打开前轴瓦进行检查未见异常，拆开增速箱进行检查，轴和轴瓦未见异常，随后对后轴瓦的2根测振线进行更换，开机后，运行正常。

原因为厂家在装配测振线的过程中，测振线未安装固定好，被高速转动部件磨坏，造成测定值失真超高。

采取措施，（1）更换后轴瓦的2根测振线。（2）提高操作工的责任心，严密监控透平机的运行参数，加强现场的巡检，及早发现透平机运行的异常情况。以便于及时处理。（3）建立健全透平机的运行档案，从运行台时，检修记录，备件更换，运行情况等几个方面着手，使透平机的运行和检修处在一个可控的状态。

2.6 透平机轴振动测点假信号

2012年15点19分31-33秒，5#透平机轴振动值开始上升，振动值为8.82 μm。15：19：35，振动值达到43.56μm。此时超过高报警值（高报警值为38μm），计算机报警，但没达到连锁值（超高报警值即连锁值为50 μm）。15：19：38，振动值达到95.72 μm，超过连锁值（50 μm），连锁跳车。停机后维修人员对轴承进行拆检，未发现异常情况，各间隙正常，同时检查探头连线、线圈阻值、延长线绝缘、接头连接、端子连接、变送器（前置发达器）、穿线管紧固等，没有发现故障点。联校测振系统也未发现异常。正常开车后，测振数据一直为6.8 μm 左右，数据平稳。

故障为单点超限连锁跳车，如果是机械故障一般应该出现2个测点同时超限的情况，同时轴承温度应该发生变化，从拆检情况看，轴承轴颈未发现问题，开机后正常，初步判定为振动测点假信号造成连锁跳车。5#透平机测振点出现假信号可能存在以下几个方面的原因：（1）传感器故障。传感器，也就是探头，其核心部件是线圈。通常的故障是线圈烧坏短路或短路，损坏后不会自动恢复。从检查情况看，未发现异常，可以判定不是由探头部件的损坏造成的。（2）延伸电缆故障。电缆本身断路。如果出现断路现象，测量数据可能出现最大，达到量程值200或0，根据计算机历史数据以及拆检，未发现有损毁现象判定，应该排除这种情况。（3）前置发达器（变送器）故障。变送器本身损坏，根据测振系统的运行情况看，此项可以排除。（4）外界因素。变送器的电源瞬间有大的波动（如电网谐波窜入），也可能造成测量数据大的变化。外界瞬间强干扰信号（电磁、电流等信号）的窜入，也可能造成测量数据大的变化。（5）以上各部件的连接部分、接线端子部分松动，以及虚连现象。由于长时间处在振动的环境下运行，测振系统中各部件之间的连接有可能松动，接线端子部分松动，连接接头可能出现虚连现象也可能造成假信号。

采取措施，（1）针对连锁跳车的情况，加强与生产厂家和同行业的进一步交流。（2）采用整根电缆，取消中间接头，解决由于延伸电缆中间有接头产生虚连的问题。（3）坚持计划检修和行之有效的措施，在计划检修时，彻底检查测量系统，开车前，进一步确认，及时更换有问题的零部件。机器停车备用期间，停相关测量系统的电源。避免长期通电对电气元件的影响。（4）完善防喘振自动系统的运行条件，达到设计要求，在流量测量系统准确无误的情况下投运防喘振系统，确保机组的安全运行。