进口丁二烯螺杆压缩机检修技术研究

2019-02-13吕庆明

石油化工设备技术 2019年4期

吕庆明

(中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司，黑龙江大庆 163714)

多年以前，一些出口国只卖设备不卖技术，近些年来出口国开始既卖设备也卖服务，但是对于进口设备的检修技术，出口国一贯持保密态度，中国的一些企业在部分进口设备检修时往往对其制造厂形成一定的依赖性。为此，应大力提倡对于进口设备检修技术的学习与研究，实现进口设备检修完全自主。

某石化公司的丁二烯螺杆压缩机为日本KOBELCO公司制造，型号是KS50LMZ，工作介质为丁二烯，由6 000 V高压电机直联驱动，转速为2 950 r/min。压缩机自2012年8月投入生产,至2018年已累计运行6年，为保证机组在下一个大检修周期到来之前安全稳定运行，于2018年装置停工大检修期间进行了首次全面大修。本文记录了日本进口丁二烯螺杆压缩机的检修过程，同时总结了其检修技术，为今后进口螺杆压缩机的检修提供帮助，减少对其生产厂家检修技术的依赖，具有实用的参考意义。

1 螺杆压缩机

螺杆压缩机由一对平行、互相啮合的阴、阳螺杆转子构成，是回转压缩机中应用最广泛的1种。有2种分类方法：

1) 单螺杆和双螺杆；

2) 湿式和干式。

湿式是指工作腔中喷入润滑油或其它液体以冷却被压缩气体。这种方式可改善密封并可润滑阴、阳转子和轴承，实现自身传动。湿式螺杆压缩机结构简单、易于维护、稳定可靠，比起干式螺杆压缩机，湿式压缩机的成本相对较低，在国内的一些领域被广泛应用，特别是在空气动力工程中应用较多，但不适合用于高纯度要求的化工介质。

干式螺杆压缩机一般用于对气体质量要求极高的场合，其结构复杂、检修维护难度大、运行噪音大、制造精度和成本高，具有“阴阳转子不接触”、“阴转子靠同步齿轮带动”等特点。本文所述的丁二烯装置中的螺杆压缩机，其介质不允许被其它介质污染，所以只能选用干式双螺杆压缩机。为了防止噪声污染，压缩机安装有封闭的隔音罩。

1.1 压缩机主体拆装

压缩机安装在机房内高约2 m的基座上，周围安装有封闭的隔音罩。隔音罩由数十块隔音板拼接组合而成，并由大量螺栓连接固定，虽然周围搭设有作业平台，但要想完成结构复杂的压缩机本体的检修，也必须将压缩机从机房拆出，运至有15 t以上天车的专用厂房。然而，除了隔音罩，压缩机的附属管线有丁二烯出入口线、润滑油上油及回油线、密封油上油及回油线、泄漏气体返回线、隔离氮气线、循环冷却水线等共计数十条管线，另外还有丁二烯出、入口消音器等附属设备。这些附属管线及设备将压缩机包围起来，所以，在驱动电机断电、压缩机物料倒空置换完毕交付检修后，首要工作是拆卸隔音罩、附属管线及附属设备。

拆卸过程需要注意做好隔音罩各板块位置、各管线以及不同孔径密封油孔板位置的标记，同时不同规格螺栓要分类存放并标明使用位置。

当附属管线、附属设备、联轴器及地脚螺栓等全部拆卸完成后，将压缩机用机房内天车缓慢吊装至超低拖板车上，并且需要用钢丝绳和导链等将压缩机与拖板车固定。选择超低拖板车的原因是机房的大门上沿较低。

压缩机整体回装时与拆出过程相反，技术较为简单，不详述。

1.2 压缩机主体拆解

1.2.1 拆解轴承箱、齿轮箱

压缩机运至检修厂房内，需平稳放在架设好的方木上。第1步先将螺杆压缩机低压端(即吸入端)的齿轮箱端盖拆下。此端盖是平板形式，相当于垂直剖分结构，采用带螺栓孔的无石棉橡胶垫片密封。拆下此端盖后可以看见一对阴阳转子同步齿轮。同步齿轮的作用是使阴阳转子在高速转动的过程中既要保持互不刮碰，又要保持彼此之间有0.20～0.30 mm的型线间隙。这个间隙如果偏大，会导致高压侧的气体回流至低压侧的量增大，影响压缩机的效率；如果偏小或为零，则阴阳转子高速转动时会发生刮碰，又因为压缩机是无液润滑的干式螺杆压缩机，所以容易导致压缩机振动、温度异常升高，甚至发生事故。

第2步拆螺杆压缩机高压端(即排出端)轴承箱。轴承箱为水平剖分结构，分上、下两部分，拆卸时需要先拆上半部分。上、下两部分全部拆下后，会露出一对阴、阳转子的推力轴承。这对推力轴承的作用很大，在压缩机正常运行时可将阴阳转子控制在壳体中心位置，防止高、低压端的介质压力差将转子推向缸体的一端而导致转子端面与壳体端面发生干摩擦，避免设备发生事故。

第3步拆卸转子轴向位移传感器及振动位移传感器。这些传感器是本特利公司生产的电涡流传感器，需配合专用的前置放大器使用，作用是监控转子轴向位移及径向振动值是否达到报警值或联锁值，达到联锁值会触发联锁停车，这样可保障压缩机不发生严重损坏事故。位移传感器采用3取2联锁配置，可防止假信号导致的误停车。

1.2.2 测量检修前各部位间隙

第1步，测量同步齿轮啮合间隙是否在0.03～0.06 mm。有2种测量方法：1)正、反方向转动阴转子上的大同步齿轮，并用百分表测量大齿轮节圆上的某一齿的摆动量，测量3次以上，取平均值；2)按工作方向盘车，使同步齿轮接触，用塞尺塞入2个齿轮之间，检查同步齿轮的啮合间隙，并做好记录。

需要说明的是：螺杆压缩机阴转子的外径比阳转子大，为了保证2根转子在型线处线速度保持一致，阴转子的转速应低于阳转子，所以，阴转子的同步齿轮直径大于阳转子。

第2步，测量推力瓦间隙。将推拉轴专用工具支架固定安装在高压侧轴承箱垂直的安装面上，并将2根推拉螺丝杆固定安装在阴、阳转子的驱动侧轴端螺丝孔内，再安装方钢横梁及2个调节螺母。在压缩机低压侧缸体上安放2个磁力表座，在2根转子低压端轴头上各放1块百分表，并将指针示数调零。用搬手旋转横梁外侧调节螺母，将2根转子拉向高压侧，观察百分表指针示数变化，当指针示数稳定后，再次将指针示数调零；然后再用搬手旋转横梁内侧调节螺母，将2根转子推向低压侧，记录指针示数；反复3次求平均值，此值即为阴、阳转子的推力瓦间隙，也是转子在工作状态下的最大可窜动量，简称转子工作窜量。阴、阳转子主、副推力瓦间隙值标准范围均为0.10～0.12 mm。使用推拉轴专用工具时应注意：旋转横梁一侧的调节螺母前需松开横梁另一侧的调节螺母。

第3步，测量转子窜量。在上一步指针示数记录完成后，将2个百分表指针示数再次调零，然后松开阴、阳转子副推力瓦紧固螺栓,使其转子向高压端处于自由状态；用搬手旋转外调节螺母，将2根转子拉向高压侧，记录指针示数；反复3次求平均值，此值即为转子端面与高压侧缸体端面的最大间隙，可以作为转子回装时的参考数据，通常称为排出侧的端面间隙，标准值范围一般为0.03～0.07 mm，如果太大会影响压缩机效率。然后,拆下出口侧副推力瓦、止推盘，用搬手旋转内调节螺母，先将2根转子推向低压侧，将2个百分表指针示数再次调零，再将2根转子拉向高压侧，记录指针示数；反复3次求平均值，此值即为转子总窜量，简称转子窜量。用转子总窜量减去排出侧的端面间隙即为吸入侧端面间隙。这个间隙值若过小，转子与低压侧发生碰磨的几率就会变大。注意：在拆卸推力轴承时需要使用导向杆，防止损伤转子轴颈。

第4步，测量阴、阳转子啮合型线间隙。螺杆压缩机中关键部件是一对相互啮合的转子，转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线称为转子型线。转子型线对压缩机的性能有重大影响，如：第4代型线比第3代型线效率提高近5%。接触线、泄漏三角形、封闭容积、齿间面积是转子型线的主要衡量指标，而转子型线间隙是衡量螺杆压缩机效率的一个重要指标。

型线间隙测量方法是：用推拉轴专用工具和同样的力将阴、阳转子顶向压缩吸入口，使转子处于靠向低压侧工作状态；按工作方向盘车，然后在压缩机出口法兰开口处用塞尺测量2转子之间的型线间隙，要求转子啮合型线间隙后侧略大于前侧。另外，在测量转子啮合型线间隙的同时可用塞尺测量阴、阳转子齿顶端密封线与壳体之间的间隙。啮合型线间隙标准为0.20～0.30 mm。啮合型线间隙不等同于同步齿轮啮合间隙，它与转子效率设计有关，不可混淆。

1.2.3 拆卸同步齿轮

在2同步齿轮上做好啮合标记(2齿对1齿，可供回装参考，但因为有键定位，也可以不做此标记)。阴转子同步齿轮上安装有调整啮合间隙的副齿轮，需要先行拆卸。首先将8只固定单头螺栓的4块防转钢片打平，然后对称拆下8只固定单头螺栓，拔下2个定位销，再用3根顶丝同步旋转将副齿轮拆下，注意记录零位刻线，以供回装时参考。阴转子副齿轮拆下后，用3根顶丝同步旋转再将主齿轮拆下，打开同步齿轮轴端锁紧螺母防转垫片(通常称花垫)，用专用大套筒搬手旋下同步齿轮锁紧螺母。将同步齿轮拆装专用工具的3根拉力杆分别旋入阴转子同步齿轮轮毂的螺纹孔内，然后安装固定专用工具，在转子轴中心孔上放置保护座。旋转专用工具中心杆，使其缓慢顶向转子轴中心孔位置的保护座，阴转子同步齿轮轮毂将会被缓慢拆下。阳转子同步齿轮与阴转子同步齿轮轮毂的拆卸方法完全一致。注意：在轮毂或齿轮拆下时要用绳索等牵拉进行防护，防止其碰伤转子轴。

1.2.4 拆卸径向轴承

压缩机径向轴承共有4套，每1套均由轴承座和圆筒形轴瓦组成，分别安装于阴、阳转子的两端，拆卸方法是：先用六方搬手将轴承座上的8只内六方螺栓对称拆下，再用4根导向杆间隔安装在内六方螺栓孔中；然后用专用的转子轴支撑工具微微托起待拆轴承这一端的转子轴(或者用导链吊起转子轴)，同时用百分表监视托起量，托起量应为径向轴承的半径间隙值；最后用2根长丝杆将径向轴承座缓慢顶出。因为径向轴承座与缸体属止口过渡配合，所以需要注意使2根长丝杆旋入量保持一致，否则会影响拆卸速度和质量。4个轴承座拆卸方法一致。注意：轴承拆卸完成后要对转子轴颈部分进行保护(如缠绕胶布等)，防止后续的拆卸工作碰伤转子轴颈。

1.2.5 拆卸机械密封

压缩机机械密封共有4套，分别安装于阴、阳转子的两端，介于碳环气封组件与径向轴承之间，型式为双端面机械密封，由1个动环和2组静环组成。拆卸方法是：先解除动环外定位套锁紧螺母防转垫片限位，然后用专用套筒敲击搬手，顺着转子旋转方向拆下锁紧螺母(因为锁紧螺母上紧的方向与转子转向相反)；锁紧螺母拆下后，将动环外定位套取出，这时密封动环已没有轴向约束，也可以与密封组件一起拆下。然后再用与拆卸径向轴承同样的方法缓慢拆出整个机械密封座，注意必须使用导向杆。这里的机械密封座也可称为机械密封箱或机械密封盒。

1.2.6 抽阴、阳转子

当4套机械密封全部拆卸完毕后，需要将压缩机主体低压端(即吸入端)向上立起，并平稳放至在专用检修台架上或带有容纳高压端转子轴头检修坑道的地面上。然后将低压端吸入导流壳与压缩机缸体连接螺栓拆下，并将吸入导流壳连同吸入侧的2套碳环气封一起平稳吊下。起吊过程由导链完成，起吊时用天车配合导链使用，要绝对保证不碰撞转子轴颈等部位。这时阴、阳转子向上吊起的限位全部解除。最后用记号笔等在阴、阳转子上端面上记录彼此的位置关系，然后在转子低压端轴头安装吊装环，先缓慢并旋转着抽出阴转子，再缓慢抽出阳转子，并将2根转子分别水平放置在铺有橡胶板的地面上。注意：起吊过程由导链完成，起吊时用天车配合导链使用，不得使用天车直接起吊，不得发生碰撞。

1.2.7 拆卸碳环气封

碳环气封共有4套，其中2套安装在缸体的高压端，另2套安装在低压端吸入导流壳上，位置全部靠近转子，其主要作用是通过3道浮动密封碳环的节流降压功能，阻止压缩机内丁二烯气体沿转子轴向轴承箱方向大量泄漏。在第2道与第3道密封碳环之前有1个导流环，作用是将前2级泄漏的丁二烯气体引入压缩机吸入口。所以正常情况下，只有少量丁二烯气体随碳环气封与机械密封之间的隔离氮气排出至火炬系统。它的拆卸方法与机械密封基本一致，区别在于不需要支或吊转子轴头，而且必须使用足够长度的导向杆。需要注意：高压端拆卸碳环气封之前需要将缸体高压侧向上立放。

2 压缩机各部件清理、检测与回装

2.1 清理检测各部件

这部分主要工作有：

1) 将转子表面、缸体内表面等清理至可见金属本色，外观检查是否有损伤，然后进行渗透着色检测，同时用千分尺检查并记录转子轴承及密封等位置数据。

2) 将轴承座、轴承、机械密封座、碳环汽封座、螺栓、轴承间隙调整垫、同步齿轮、垫片等用洗油清洗洁净。

3) 对以上清洗完成的部件进行详细检查，确认是否发生损伤，必要时更换新备件。

4) 检查项目还有轴颈处和气封处的表面粗糙度，阴、阳转子径向跳动等，其中转子轴各部位跳动检查值均不得超过0.02 mm。

5) 检查同步齿轮和轴配合键的过盈量是否在0～0.02 mm标准之内，否则重新配键。

6) 用外径千分尺分别测量轴瓦处和气封处轴颈的圆度和圆柱度，保证其值均不超过0.02 mm。

7) 测量汽封的间隙是否在标准值(0.200～0.258 mm)范围内。

2.2 更换并回装碳环气封

将新的碳环气封及波形弹簧按照图纸顺序回装至碳环气封座，并整体用导向杆辅助压入缸体原来的位置上后，回装所有螺栓。这个过程要特别注意波形弹簧的位置一定不可装偏，否则会导致气封座整体偏斜而难以装入缸体指定位置，而且即使勉强装入，也必然会导致压缩机投用后气封泄漏量异常。这里的碳环气封座也称碳环气封箱或碳环盒。

2.3 回装转子

与抽转子过程相反，先落回阳转子，然后根据之前的标记，旋转落回阴转子。转子落回后确认标记是否对准无误。回装要点：用导链平稳吊装，不得有任何碰撞，重点保护碳环气封。

2.4 回装低压端吸入导流壳

回装过程与拆卸过程相反，即先安装定位销、再回装并紧固各螺栓。回装要点：回装前一定要更换中分面全氟醚密封O形圈，并将其用胶固定于密封圈沟槽内，同时中分面涂抹密封剂，用导链平稳吊装，不得有任何碰撞，重点保护碳环气封。

低压端吸入导流壳回装完毕，需要用推拉轴专用工具测量转子窜量，方法如前文所述。

2.5 更换并回装机械密封

机械密封的密封动环、动环定位内套及外套、一级及二级密封静环组件、所有全氟醚密封O形圈、密封轴套锁紧螺母防转垫片需要全部更新。回装方法：先将一级密封静环组件在检修台上用专用工具垂直压入机械密封座，并回装固定小螺钉，再将机械密封座回装至缸体上并安装螺栓；然后将密封动环定位内套回装至转子轴肩，再将已更换密封圈的新动环涂润滑油回装至轴上；接下来将二级密封组件装入密封座中并上紧密封压盖，再将动环定位外套装到轴上，最后回装防转花垫并安装锁紧螺母。锁紧螺母上紧时需要用小锤敲击套筒搬手，预紧转角约5°，并将其与防转花垫对准锁定。特别说明：动环定位内套出厂时已确定尺寸，安装动环定位内套后密封压缩量就已经确定，无需再调整，但需要测量复核。

2.6 机械密封压力试验

4套机械密封按上述方法全部安装完成后，即可进行压力试验。以1套密封为例：先将密封油回油法兰孔用法兰阀封堵，阀后接管引入回收油槽；在手动油泵出口安装1个球阀，球阀连接1块压力表，压力表后用管线与密封油上油法兰孔相连；确认全部连接可靠后，打开回油法兰连通的阀门(回油阀)；打开油泵出口阀，操作油泵为密封腔充油，当回油线有油连续排出后，关闭回油阀；继续操作油泵为密封腔充油，当压力表示数上升至0.2 MPa时，关闭油泵出口阀门，保压30 min，若压力下降值未达到0.05 MPa，则可确定密封正常；继续按同样方法测试下1套密封。注意：密封试压时需保证密封腔充满油，必要时水平翻转缸体，以满足密封腔排气需要。

2.7 回装轴承和仪表探头

机械密封压力试验完成后，即可按拆卸的逆过程回装径向轴承、推力轴承(轴承检查若有问题需要更新)、仪表探头。此时需要注意：各轴承回装前需要涂抹润滑油，推力轴承回装后，需要用推拉轴专用工具测量转子工作窜量，方法如前文所述，同时，仪表位移探头需要参考转子工作窜量中的对应位置离线校准。

测量高压端及低压端径向轴承间隙是否符合标准要求(0.17～0.22 mm)。

2.8 回装同步齿轮

先回装阳转子同步齿轮，后回装阴转子同步齿轮轮毂，再回装阴转子同步齿轮的主、副齿轮，过程与拆卸时相反。回装要点：专用工具中心杆需要旋入转子轴头，受力方向与拆卸时相反。因为是斜齿轮，阴转子的主齿轮在回装时应相对零位标识线逆时针偏转一定角度，保证在阴转子的主齿轮与轮毂贴合时，零位标识线与原位置一致，如果发生偏差，可通过测量转子啮合型线间隙修正主齿轮转角位置；位置调整准确后，对准零位刻线安装阴转子副齿轮，使副齿轮刻线与阴转子齿轮轮毂刻线对齐；安装定位销，然后回装防转钢片及8只单头外六方螺栓，均匀上紧螺栓并用防转钢片将螺栓卡住。

需特殊说明的是，安装定位销后，阴、阳转子同步齿轮的啮合间隙将固定，若非齿轮发生磨损或其它损伤，同步齿轮啮合间隙一般不会超出标准。如果啮合间隙确实超过标准值，则需要重新调整副齿轮转角位置，并重新铰孔配锥销。阴转子主齿轮承受正向运转传动力，副齿轮承受反向运转传动力(此力可能会发生在螺杆压缩机停机时，阴转子的同步齿轮反作用于阳转子的同步齿轮)。