大型离心空气压缩机发出异常响声的分析与处理

吴卫民，蔡 斌，李永华

(锦西天然气化工有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125001)

大型离心空气压缩机发出异常响声的分析与处理

吴卫民，蔡 斌，李永华

(锦西天然气化工有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125001)

锦西天然气化工有限责任公司空气压缩机自2012年11月起多次出现异常响声，2014年后问题更加严重，有时还伴随部分管道及设备异常振动。针对这种情况，分析了可能造成该问题的多种因素，最终找到压缩机段间冷却器换热管泄漏和消音器固定不牢这两个主要原因，提出了针对性的整改措施，整改结果表明，异常声响得到了彻底消除，保证了机组的安全稳定运行。

空气压缩机；异常响声；振动；段间冷却器

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.04.014

锦西天然气化工有限责任公司合成氨装置采用先进的美国布朗工艺，年产30万t合成氨。空气压缩机负责为一段转化炉提供稳定的乏气，向二段转化炉提供工艺空气，以及给仪表空气系统提供稳定的仪表风和工厂风。因此，空气压缩机组稳定运行与否直接影响着合成氨装置的运行。

该空气压缩机是型号为RG063/06-L1的多轴离心式压缩机，由MS5261RA型燃气轮机驱动，燃气轮机与压缩机经主轴相连，主轴通过驱动轴驱动1个大齿轮，该大齿轮又驱动3个小齿轮，几个齿轮公用1个齿轮箱，压缩机的齿轮及轴承润滑与燃气轮机共用1套油系统。在3个小齿轮两端各安装1个叶轮，组成压缩机的六级。该空气压缩机占地面积小，运行声音较大，六级叶轮、驱动齿轮箱及部分管道布置在一个封闭的隔音舱室内，并配有3台引风机保证舱室内的空气流通[1]。

该空气压缩机为多轴离心压缩机，多年来出现的问题较多。2012年11月14日5：30左右，压缩机突然发出类似喘振的低吼式的异常响声，每声持续时间2～3s，时间间隔3～5s。全面检查机组运行工况，未发现明显异常。由于机组集中布置在一个隔音舱室内，也未能及时准确定位具体发声部位。在接下来的几年里，又多次出现这种情况，特别是在进入2014年后，发出异常响声的次数越来越频繁，每次发声的持续时间也越来越长，有时还伴随着管道的异常振动。到2016年5月装置大修之前，情况变得更加严重，机组经常发出异常响声，而且每次持续时间比较长，有时甚至持续5～6h，通过一般的工况调整已无法从根本上解决问题，给机组的安全运行带来隐患。

1 空气压缩机工艺流程

空气经方框式过滤器和消音器进入空气压缩机，先后经过分别独立设置蜗壳的六级叶轮，压缩到3.22MPa(a)、227℃，为系统提供工艺空气。入口空气流量可通过蝶阀和导向叶片进行调整控制，并由出口流量表显示。在正常运行中保持入口蝶阀全开，通过DCS调整导向叶片开度控制进入压缩机的空气量。在一级和三级出口分别设置了段间冷却器和段间分离器。为防止冬季温度过低的入口空气在入口过滤器前结霜、结冰，影响空气的正常吸入，设置了由三级出口回到入口的防冰线，通过手动截止阀调整控制。为防止机组发生喘振，在三级和六级出口段分别设置了2个放空阀，在机组停车或调整负荷过程中打开，让空气部分或全部放空。

2 异常响声的原因分析及排查

空气压缩机发出类似于压缩机喘振式的响声，威胁机组的运行安全，锦西天然气化工有限责任公司在几年时间里进行了多项原因分析和故障排查工作。

2.1 压缩机喘振

喘振是离心压缩机的一种固有现象，因操作不当造成出口压力过高，或者空气流量过小时，都有可能造成压缩机发生喘振。在多年的运行中，曾经发生过为数不多的几次喘振。

2012年11月14日5：30左右，压缩机发出几次近似于喘振的异常响声，总的持续时间不到1min，当时操作人员初步认为机组发生了喘振，但检查机组各运行曲线、空气流量及各进出口压力后均未发生任何波动，各级振动平稳，机组运行无其他任何异常，即可以确定机组未发生喘振。在之后近4年的时间里，又多次出现类似的或者更加严重的异常响声，也都进行了相应的检查，排除了压缩机喘振的因素。

2.2 入口导向叶片故障

压缩机入口导向叶片是由原德国GHH公司生产的气动阀门，通过阀门定位器、气缸、连杆、转轴等执行机构在DCS中进行手动或自动调整，带动8个扇形叶片旋转，从而调整进入机组的空气量，在8片叶片中间预留一个Φ50mm的圆孔，以保证在机组启动时的最小流量。

2.2.1 更换折断的导叶叶片转轴连杆

随着该空气压缩机发出异常响声的次数越来越多，且持续时间的越来越长，逐渐对发声位置进行比较准确的定位。最初发声持续的时间较短，压缩机一级入口处感觉明显，检查发现在靠近阀门气缸位置处的一个叶片转轴连杆折断，造成了该叶片调节失控，在气流的作用下有小幅振动。曾在一段时间内，由于导向叶片气缸漏气等原因，阀门一直有3%～5%的波动，因此，判断为由于阀门执行机构故障使阀门喘动，造成了叶片转轴连杆折断，当入口达到一定的空气量时产生共鸣，机组发出了异常响声。

检修人员在线更换并固定好转轴连杆，并对其他机械部分进行了检查和修复，在调试过程中，入口导向叶片随气缸动作灵活，但仍有3%～5%的小幅波动。在处理后的第2天，压缩机再次发出了异常响声，因此，入口导向叶片喘动以及造成的转轴折断不是导致压缩机异常响声的原因。

2.2.2 用内窥镜检查导叶叶片的运行

由于机组异常响声频繁出现，2014年5月21日，决定用内窥镜检查导向叶片的工作状况。在入口导向叶片前管道200mm正下方处开Φ25mm的小圆孔，将内窥镜探头从小圆孔中探入，并指向入口导叶叶片位置。在DCS中手动调整导叶开度，通过内窥镜观察导叶叶片，叶片旋转灵活，动作到位，未发现异常。

2.2.3 固定入口导叶开度

由于入口导叶在运行中有3%～5%的波动，空气量也随之有小幅波动。为了保证入口空气的稳定，用夹具固定导向叶片气缸阀杆至全开位，通过入口蝶阀手动调整机组入口空气量，同时，为了保证机组稳定运行及工艺系统的需要，控制空气量在54 000m3/h以上。

经过对入口导向叶片的一些处理工作，压缩机发出异常响声的问题在很长一段时间内有所缓解，但仍然时有发生，因此，入口导叶运行状态不是造成压缩机异常响声的主要原因。

2.3 一级出口水冷却器列管泄漏

随着压缩机发出异常响声的问题越来越严重，有时在一级出口冷却器的出气口处发出很大的节流声，并伴随有明显大出正常时的异常振动。该冷却器管程冷却水压力0.46MPa(g)，壳程空气压力0.41MPa(g)，因此在列管泄漏时，会有冷却水进入空气中，加大了一级出口分离器负荷，同时也加大了进入压缩机二级的空气密度，空气因夹杂水分过多引起水击，从而造成了设备、管线振动，发出异常响声。

由于分离器排水阀一直保持小开度排水，液位一直没有上涨，同时，排水管深入地漏中，不能明显判断排水量变化，因此在运行中未能及时判断出一级出口冷却器泄漏。2014年6月空气压缩机组大修期间，发现二级蜗壳结垢严重(见图1，最厚处达到了30mm)，一级出口冷却器换热管有3根爆管泄漏，经涡轮检查，另有10根换热管减薄严重。因此，对有缺陷的13根换热管进行了焊接封堵，堵管情况见图2。经检修处理的机组正常运行后，异常响声在一级出口冷却器处消失。因此，一级出口冷却器是造成机组发出异常响声的主要原因之一。

图1 二级蜗壳结垢

图2 一级出口冷却器堵管

2.4 消音器故障产生气流再生噪音

空气压缩机入口消音器设置在入口过滤器之后，并与过滤器共用一个箱体。空气经消音器后通过一个喇叭口收缩管道，再进入到压缩机一级压缩。消音器为多通道阻式消音器，通过并列的7排消音箱体组成消音通道，消音棉固定封装在消音箱体内，当声波进入消声器会引起阻式消声器内多孔材料中的空气和纤维振动，由于摩擦阻力和粘滞阻力，一部分声能转化为热能而散失，从而达到消声的目的。阻式消音器具有良好的中、高频消声性能，但当气流经过阻式消音器，因局部阻力和摩擦阻力形成湍流，或者高速气流激发消音构件振动时，都将造成消音器产生气流再生噪音。

该消音器经长期运行后腐蚀严重，在2012年6月初的大修期间进行了整体更换。在2015年12月后，空气压缩机发出异常响声的次数越来越频繁，且持续时间越来越长，在入口消音器后方响声最为明显，并可明显感觉超出平常的振动。因此，怀疑因更换的消音器焊接不牢发生了损坏，或者消音棉不符合要求出现破损并发生堆积而形成了湍流，产生气流再生噪音，从而发出异常响声。在2016年6月初的装置大修期间，解体检查入口消音器，证实了此判断，7列消音器发生松动，特别是中间的两列左右摆动较大，在大气流下可能发生振动，从而引发气流再生噪音。因此，空气压缩机入口消音器的气流再生噪音是引起空气压缩机发出异常响声的一个主要原因。

3 处理措施

从2012年11月14日起，空气压缩机多次发出异常响声，经过大量的原因分析及故障排查工作，发现是一级出口冷却器换热管泄漏以及入口消音器固定不牢导致松动这两个主要原因引发气流再生噪音，对此分别采取了针对性措施。

3.1 更换一级出口冷却器

由于压缩机一级出口冷却器泄漏，循环水进入空气中，大大增加了空气湿度，空气密度增大，在冷却器空气出口进入到分离器的管道处发出较大的冲击声。在2014年6月大修期间，封堵换热器列管13根，在2016年5月的装置大修中，对该冷却器进行了整体更换，并对段间分离器除沫网进行了全面维修和清理，并在日常操作中加强对分离器的排水操作，防止换热器泄漏，导致液态水进入机组，损坏设备。经过这样的处理后，在一级出口冷却器处的异常响声得到了彻底消除。

3.2 消音器维修

在2016年5月装置大修期间，对压缩机入口消音器进行解体检查，确认消音棉工作状态正常，对2012年消音器更换后不合理的固定方式进行了改进，参照原设计进行了重新固定，确保消音器的牢固性，解决了左右摆动的问题，消除了可能的振动源。图3为重新固定后的消音器，虚线框中为各列消音器之间的固定铁板。此后，空气压缩机运行正常，再没有发出喘动的异常响声。

图3 经固定处理后的消音器

4 结语

空气压缩机机组发出异常响声，有时还伴随管道振动，在4年多时间里频繁出现，严重影响机组的运行安全。经分析排查，最终确认一级出口冷却器换热管泄漏以及入口消音器因固定不牢发生松动是造成频繁异响的主要原因。虽然问题得到了彻底解决，但是还需注意，设备运行多年，应加强检查和维护，对设备更换维修也应更加细致规范，从而保证设备安全稳定运行。

[1]郑书君.设备维护检修规程[M].北京：化学工业出版社，1999.

修改稿日期：2017-05-08

Analysis and Solution for Abnormal Sound of Large Centrifugal Air Compressor

WU Wei-min，CAI Bin，LI Yong-hua

(Jinxi Natural Gas Chemical Co.，Ltd.，Huludao Liaoning 125001，China)

Air compressor of Jinxi Natural Gas Chemical Co.，Ltd.sounds abnormally for many time since the November of 2012.This situation becomes worse since 2014 and some pipes and equipment sometimes even abnormally shake.This paper analyzes possible reasons of this problem and finally determines that there are two main causes：one is heat exchange tube leakage of the compressor cooler and the other is unstable fixation of the silencer.The paper also provides reforming measures，which have been proved to be effective.The abnormal sound is completely eliminated and the whole unit can operate safely and stably.

air compressor；abnormal sound；abnormal shake；sector cooler

吴卫民(1973年—)，男，辽宁葫芦岛人，2010年毕业于辽宁工业大学化学应用工程专业，工程师，现主要从事大型化工机组的运行管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.04.014

TH45

B

1004-8901(2017)04-0052-03