C 180M×3 N 2型离心式压缩机故障分析与处理

岳海文

（安阳钢铁股份有限公司制氧厂，河南安阳 455004）

1 设备概况

安阳钢铁公司制氧厂C 180M×3 N 2型离心式压缩机为美国英格索兰公司制造，采用三级压缩三级冷却。当气体通过安装在机组上的进气控制阀进入压缩机的第一级，在叶轮高速旋转下，使气体具有很高的速度。然后气体进入扩压器部分，在那里将气体速度转化成压力，然后通过组装在机组中的中间冷却器去除压缩过程中所产生的热量，从而提高压缩效率。然后气体在运动的低速区通过不锈钢的水气分离器除去冷凝水，以降低气体所带的水分。此后，这样的过程再次重复，直到达到设定工作压力。该机组设计流量为25000m3/h，吸入压力为0.105M Pa，排气压力为1.1M Pa，配备电机转速为1448r/m i n，功率为3750H P，于2004年11月28日投产，主要为用户提供低压氮气。

2 故障经过及检查情况

根据生产需要，2011年11月24日空分正常启动，氮纯度符合要求后开始启动C 180M×3 N 2型氮压机，经过如下：

00：00：00启动C 180M×3 N 2氮压机辅助油泵，油温油压正常。

10：04：15对氮压机送高压电，检查进出口阀，油温油压，一切正常后按启动键启动。

10：05：58按加载键加载，二级轴振动10.6 μm。

10：05：58二级轴振动明显增高，呈加速上涨趋势。

10：06：26二级轴振动达到了联锁停车值而联锁停车，此后氮压机进行惰转。振动值没有随着停车而降低，反而继续增高至满表而后迅速降为零，瞬间又达到满表。最后随着惰转结束，振动缓慢降为零。具体过程参照图1。

图1 氮压机二级振动参数与电流曲线图

由于二级轴振动的振幅在极短的时间内增高而导致了联锁停车，初步判断为振动探头出现故障，及时对振动探头进行检测，确定探头工作正常。盘车检查，发现轴振动为8μm，比平时(6μm)略高。为了确定氮压机是否真实存在振动故障，决定重新启动C 180M×3 N 2型氮压机，11：15：40重新启动氮压机，启动键按下后，氮压机启动，电流上涨，振动值也在极短的时间内达到联锁值而停车，振动值迅速增高到满表而后慢慢降为零。具体过程参照图2。

图2 氮压机二级振动参数与电流曲线图

再次检查仪控部分，确定仪控部分工作正常，再次盘车时发现轴振动值为12μm，已经大大超过了正常值，初步判断二级确实存在机械故障而导致了联锁停车。

在对氮压机二级解体后发现叶轮每个叶片外边缘有不同程度的磨损，而扩压器内衬上，跟叶轮对应的气道壁一圈有严重的磨损，大量的铝屑散落，最厚的铝屑厚度达到了0.5m m。叶轮叶片磨损量经过测量发现，最高叶片与最低叶片相差2m m左右，扩压器最高与最低处相差4m m左右，说明叶轮与扩压器发生过严重磨擦。在检查轴承时发现轴承瓦块上有积碳，并且前轴承已经严重磨损，后轴承有轻微的磨损，推力轴承有轻微的磨损。

3 故障分析

压缩机按正常程序启动，机组两次因二级轴振动高造成联锁停车，基本排除偶然因素造成的振动值瞬间增大导致联锁停车，根据故障检查情况，扩压器内衬与叶轮严重磨擦，前后径向轴承磨损，针对故障现象，分析造成这次事故原因有两种可能：一种是叶轮与扩压器先发生磨擦，径向轴承损坏。叶轮与扩压器轴向串动间隙过小，机组多年的连续运行会使止推轴瓦有所磨损，止推间隙增大，在启动过程中，叶轮与扩压器有轻微接触，转子组件的动平衡遭到破坏，叶轮与扩压器接触受损后，造成转子组件的动不平衡更加严重，引起振动升高；在高转速、高振动的运行环境下，径向轴瓦的负荷突然加大，导致轴瓦加速磨损，进而轴承损坏，使叶轮的运行更加恶化，振动急剧升高，导致联锁停车。另一种是径向轴承先损坏，叶轮与扩压器发生磨擦。由于机组长期运行，加上该机组不时有喘振现象发生，机组在加载前，轴承承受的负荷很小，运转正常；当开始加载时，叶轮的负荷迅速加大，轴承急剧磨损，间隙变大，引起径向轴承突然失效，造成叶轮与扩压器磨擦，损坏了扩压器与叶轮，进而造成转子组件的动平衡被破坏，振动又进一步升高联锁停车。

以上两种原因都会导致相同的故障结果，但是根据英格索兰设备具有的自我保护功能，当轴承振动超过联锁值时，就会联锁停车，因此，应该是第二种原因造成的事故。

4 故障处理

根据解体检查情况及故障原因分析，作了以下处理：

（1）修复二级叶轮及扩压器。由于二级叶轮及扩压器磨损严重，根据厂家建议，需要对其进行更换，但是该机组是进口设备，备件的加工制造周期很长，而且价格昂贵，大约需要100万元左右。考虑到尽快恢复生产，同时降低设备的维护费用，决定对损毁的工作轮及扩压器寻求国内厂家进行修复。首先对损毁的工作轮及扩压器进行扫描测绘，力争最大限度地恢复其原有尺寸；依据测绘尺寸制作样板备件，并以此调整装配尺寸；最终以样板备件对损毁备件进行修复，进而实现损毁备件的运行功能。

（2）由于二级前后径向轴承已经损坏，无法修复，更换了轴承。

（3）检查并调整一、二、三级扩压器与叶轮串动间隙，适当增大扩压器与叶轮串动间隙，使机组运行更加安全。

（4）检查并调整一、二、三级推力轴承间隙，确保其在允许的范围内。

（5）重新对电机与压缩机进行对中找正。

经过处理后，各部间隙都在允许的范围内，能够满足机组技术要求。

5 试车情况

表1 一、二、三级转子推力间隙和叶轮与扩压器轴向串动间隙调整数据 m m

全部回装完毕后盘车检查，发现二级振动最高为8μm，较事故前稍高。2012年2月9日用空气试车，第一次开车由于空气密封气压力低原因造成联锁停车，第二次改用管网氮气作密封气再次启动，各级振动值如表2。

表2 检修前后振动值 μm

二级振动比起一、三级高了一点，但运行很平稳，也在允许的范围内，而且原来频繁的喘振现象也有所减少，排气量较检修前有了较大提高，增加了超过1000m3/h气量，达到了26000m3/h，达到甚至超过其设计流量。

6 结语

通过此次故障排除和设备检修，我们从中吸取了一些教训，也从中积累了经验，供同类机组参考。保持机组长期平稳运转，避免频繁开停；加强设备点检，及时排查设备隐患；加强机组状态运行参数实时监控，分析监测数据。通过采取相关措施，避免机组故障发生，进而避免造成设备重大损失[1]。

[1]毛绍融，朱塑元，周智勇.现代空分设备技术与操作原理[M].浙江：杭州出版社，2005.