關(guān)于提高空壓機(jī)可靠性的措施研究和效果評(píng)價(jià)

鄭博仁 榮寧 孟軍

[摘? ? 要]長(zhǎng)北天然氣處理廠空氣壓縮機(jī)組在運(yùn)行期間由于壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)組件銹蝕引起轉(zhuǎn)子發(fā)生卡滯、碰磨和咬死等故障，降低了設(shè)備的可用性，使得維修成本逐年增加，壓縮空氣因氣液分離器效率降低加重了干燥器的負(fù)荷，導(dǎo)致成品氣的水露點(diǎn)達(dá)不到工廠供風(fēng)系統(tǒng)的使用標(biāo)準(zhǔn)，影響了其他生產(chǎn)單元的正常運(yùn)行，基于以上問(wèn)題通過(guò)采取干氣干燥和改善濕氣氣液分離等技改措施，提高了壓縮機(jī)組運(yùn)行的可靠性，取得了良好的效果，為處理廠其他生產(chǎn)裝置長(zhǎng)周期、平穩(wěn)運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。

[關(guān)鍵詞]壓縮機(jī);空氣;螺桿;轉(zhuǎn)子;除銹;干燥;分離;過(guò)濾

[中圖分類號(hào)]TQ116.1 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–0–02

Research on Measures to Improve the Reliability of Air

Compressors and Evaluation of Effects

Zheng Bo-ren，Rong Ning，Meng Jun

[Abstract]During the operation of the Changbei Natural Gas Processing Plant， the air compressor unit due to the rust of the compressor rotating components causes the rotor to jam， rub and seize， which reduces the availability of the equipment and increases the maintenance cost year by year. The compressed air is caused by gas and liquid. The reduced efficiency of the separator increases the load of the dryer， causing the water dew point of the product gas to fall below the standard of the factory air supply system， and affecting the normal operation of other production units. Based on the above problems， dry air drying and moisture improvement are adopted. Technical improvement measures such as liquid separation have improved the reliability of the compressor unit operation and achieved good results， providing a strong guarantee for the long-term and stable operation of other production devices in the treatment plant.

[Keywords]compressor;air;screw;rotor;rust removal;drying;separation;filtration

1 設(shè)備及工藝簡(jiǎn)介

長(zhǎng)北天然氣處理廠儀表供風(fēng)系統(tǒng)由兩套空氣壓縮機(jī)與干燥器一體化整體撬裝，附屬有過(guò)濾器、管路、儲(chǔ)氣罐等設(shè)備組成整個(gè)系統(tǒng)，是保障天然氣連續(xù)、平穩(wěn)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，壓縮機(jī)組由Comp-Air壓縮機(jī)公司生產(chǎn)的D150-08A雙級(jí)無(wú)油螺桿壓縮機(jī)和無(wú)熱再生型吸附式壓縮空氣干燥器組成，壓縮機(jī)額定排氣量25 m3/min，排氣壓力0.63～0.8 MPaG之間，干燥器的再生方式為無(wú)熱再生，采用吸附筒雙向交替連續(xù)工作方式，將壓縮空氣中的水分脫離，使其水露點(diǎn)值保持在-40 ℃以下，為全廠各裝置提供正常生產(chǎn)用的凈化空氣和制氮用壓縮空氣。

2 故障類型及分析

2.1 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子銹蝕卡滯

D150-08A雙級(jí)無(wú)油螺桿壓縮機(jī)自2006年投入運(yùn)行，采用一用一備的交替運(yùn)轉(zhuǎn)模式，設(shè)備在前期運(yùn)行中保持了非常高的可靠性，累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)約30000h無(wú)任何故障，后期由于螺桿轉(zhuǎn)子間隙受軸承正常磨損的影響發(fā)生變化，間隙由正常值0.08 mm減小至0.03 mm，導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣溫度由正常的160 ℃升至190 ℃左右，設(shè)備經(jīng)常會(huì)因?yàn)榕艢鉁囟雀吒邎?bào)警停車，影響了壓縮機(jī)組的正常運(yùn)行，故障發(fā)生后經(jīng)過(guò)交涉，生產(chǎn)方表示不具備維護(hù)維修無(wú)油壓縮機(jī)的能力，故采用的策略為整體更換壓縮機(jī)或單級(jí)機(jī)頭，但整體更換并沒(méi)有提高壓縮機(jī)的可靠性，后續(xù)更換的壓縮機(jī)頭在運(yùn)行60d左右開始出現(xiàn)故障，開車前盤車經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)子沉重、卡滯等問(wèn)題，制造商認(rèn)為是壓縮頭螺桿轉(zhuǎn)子間隙調(diào)整精度不相同導(dǎo)致的問(wèn)題，指派專業(yè)技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)頭進(jìn)行了調(diào)整維護(hù)，同時(shí)采取每日例行對(duì)備機(jī)進(jìn)行盤車等措施以防止轉(zhuǎn)子彎曲變形和卡滯，但故障依舊反復(fù)存在，甚至出現(xiàn)了螺桿轉(zhuǎn)子組在運(yùn)行中咬死崩壞等故障而導(dǎo)致設(shè)備報(bào)廢，自2013年至2019年，長(zhǎng)北天然氣處理廠共更換了D150-08A整機(jī)3套，1級(jí)、2級(jí)單個(gè)機(jī)頭共6套，累計(jì)花費(fèi)設(shè)備采購(gòu)資金共計(jì)400余萬(wàn)元，給生產(chǎn)和資產(chǎn)造成了極大的損失。

2.1.1 故障特征

當(dāng)壓縮機(jī)盤車出現(xiàn)轉(zhuǎn)子沉重、卡滯等問(wèn)題時(shí)，采取的維修措施是立即停止壓縮機(jī)的使用，將壓縮機(jī)頭拆下解體檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰、陽(yáng)螺桿在排氣端有輕微的咬磨，從螺桿齒頂部開始，沿齒面均有擠壓和片狀拉傷及剝落的痕跡，并從排氣端到進(jìn)氣端逐漸減少，陰轉(zhuǎn)子徑向球軸承邊沿有磨損，同步齒圈、齒輪、軸封完好均沒(méi)有發(fā)生損壞，從磨損情況來(lái)看軸和軸承沒(méi)有高溫?zé)g的痕跡，整個(gè)機(jī)頭內(nèi)殼壁、轉(zhuǎn)子、軸承表面不同程度附著有銹跡，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子時(shí)而有卡滯的現(xiàn)象。

螺桿壓縮機(jī)的齒面主要用于壓縮氣體，利用陰，陽(yáng)兩根螺桿的凹槽和凸齒相互嚙合形成的一個(gè)空腔，它的陰，陽(yáng)轉(zhuǎn)子并不接觸，兩者之間的動(dòng)力傳遞是通過(guò)同步齒輪來(lái)完成的，陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的間隙一般為0.08 mm，與殼體的間隙一般為0.1 mm左右，轉(zhuǎn)子排氣端面與排氣軸承座的間隙為0.05～0.1 mm，當(dāng)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子間隙變小時(shí)，壓縮機(jī)盤車時(shí)螺桿就會(huì)接觸產(chǎn)生磨損或碰撞，出現(xiàn)卡滯、沉重等現(xiàn)象，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子在受熱膨脹、力變形等因素導(dǎo)致轉(zhuǎn)子間隙進(jìn)一步變小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子咬死等故障，造成壓縮機(jī)頭報(bào)廢。

2.1.2 故障分析

該型壓縮機(jī)頭選用的是角接觸軸承和圓柱滾珠軸承承受載荷，當(dāng)軸承間隙因磨損變大時(shí)，螺桿嚙合間隙變小，轉(zhuǎn)子稍受干擾就會(huì)發(fā)生碰磨，在對(duì)軸承進(jìn)行測(cè)量檢查中，發(fā)現(xiàn)軸承徑向、軸向游隙偏差在允許范圍內(nèi)，軸承內(nèi)滾珠無(wú)磨損痕跡，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活無(wú)異常，軸承潤(rùn)滑狀態(tài)良好。

異物進(jìn)入，如果有異物進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部時(shí)，在轉(zhuǎn)子間會(huì)被高速碾壓可能在螺桿上反復(fù)粘連或形成脫落，造成螺桿本身材質(zhì)跟隨脫落進(jìn)一步加劇磨損和啃咬的效果，但從現(xiàn)場(chǎng)檢查入口過(guò)濾器和壓縮機(jī)內(nèi)部構(gòu)件沒(méi)有出現(xiàn)破損和脫落，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)，基本可排除壓縮機(jī)吸入異物的可能性。

當(dāng)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子間隙調(diào)整不當(dāng)時(shí)，間隙過(guò)大會(huì)造成壓縮機(jī)壓縮效率下降，間隙過(guò)小會(huì)導(dǎo)致在熱膨脹效應(yīng)下螺桿發(fā)生碰磨，檢查定位銷、齒圈及同步齒輪的嚙合間隙恰當(dāng)并符合設(shè)備的技術(shù)規(guī)范。

2.2 成品氣的水露點(diǎn)低

榆林地區(qū)年平均溫度8 ℃，最冷月平均溫度-15 ℃，年相對(duì)濕度39%且不均衡，近年進(jìn)入秋夏兩季后榆林地區(qū)氣溫變化較大，雨水量明顯增多，此階段壓縮機(jī)排出氣體內(nèi)含有的凝結(jié)水量較多，氣液總量超過(guò)了氣水分離器和過(guò)濾器的的設(shè)計(jì)處理量，促使壓縮空氣攜帶大量的游離水進(jìn)入干燥器，其水量在吸附過(guò)程中遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了干燥劑的吸附負(fù)荷，從而影響了氣體的露點(diǎn)降，干燥器進(jìn)入脫附過(guò)程中由于干燥劑的比表面積充滿了大量的水，使其脫附周期大為縮短，直接影響了干燥劑的再生效果，這樣的循環(huán)狀態(tài)造成了成品氣的水露點(diǎn)持續(xù)下降，且壓縮空氣在進(jìn)行脫附工作時(shí)，壓力為0.8 MPaG含有大量液體的氣體瞬時(shí)由消聲器排出，造成了現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的污染。

3 改造方案的選擇

針對(duì)空氣壓縮機(jī)組運(yùn)行不可靠、故障頻發(fā)的現(xiàn)狀，有3種方案可供選擇。

第一種方案，整體對(duì)空氣壓縮機(jī)組進(jìn)行升級(jí)更換改造，出于長(zhǎng)期保障生產(chǎn)安全平穩(wěn)的需求最為可靠，但需要前期的設(shè)備調(diào)研、論證、設(shè)計(jì)、審批等流程，周期太長(zhǎng);

第二種方案，由Comp-Air壓縮機(jī)制造廠家現(xiàn)場(chǎng)解決故障及更換損壞的部件，由于設(shè)備存在生產(chǎn)制造缺陷，且防銹膜層修復(fù)工藝非常復(fù)雜，制造方明確表示難以保障實(shí)施效果。

第三種方案，對(duì)壓縮機(jī)組存在的問(wèn)題進(jìn)行相對(duì)的技改措施，控制和改善環(huán)境條件，保障設(shè)備具備持續(xù)的可用性和可靠性，經(jīng)過(guò)綜合考慮設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、技改難度、時(shí)間周期、費(fèi)用估算以及現(xiàn)場(chǎng)施工的可行性，對(duì)壓縮機(jī)的技改措施經(jīng)過(guò)了反復(fù)的論證，認(rèn)為此方案可以解決目前設(shè)備存在的問(wèn)題。

4 技改實(shí)施方法

4.1 接入干氣干燥設(shè)備

在壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，使用低露點(diǎn)、流動(dòng)的、經(jīng)過(guò)除油、過(guò)濾、脫水后的干燥純凈空氣以低壓形式對(duì)壓縮機(jī)內(nèi)部和管道進(jìn)行持續(xù)吹掃，利用干空氣對(duì)水份的吸附能力使壓縮機(jī)內(nèi)的水份排出以達(dá)到設(shè)備干燥、防銹的目的。

4.1.1 實(shí)施過(guò)程

根據(jù)壓縮機(jī)流程一用一備、壓縮空氣出口相通的工藝特點(diǎn)，選擇從各壓縮機(jī)組干燥器出口管線下游干氣取樣口三通加裝3/8球閥，引入壓力約為0.63～0.8 MPaG、露點(diǎn)在-40 ℃以下的成品干燥空氣，由PE軟管輸送至針型節(jié)流閥進(jìn)行降壓節(jié)流，控制其壓力約為0.1～0.15 MPaG之間，然后在壓縮機(jī)本體一級(jí)排氣消音器端面上開孔攻絲，裝入DN20的單向止逆閥并通過(guò)軟管連接針型節(jié)流閥，形成整個(gè)閉環(huán)控制，其原理是當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后，系統(tǒng)趨于常壓，由單向止逆閥接入端持續(xù)為壓縮機(jī)提供低壓吹掃的干氣，以除去螺桿、軸、軸承、密封件、螺桿殼體和管道中存留的冷凝水，達(dá)到壓縮機(jī)頭防銹的目的，當(dāng)壓縮機(jī)工作時(shí)，系統(tǒng)壓力高于接入干氣管路壓力，單向止逆閥關(guān)閉，停止向系統(tǒng)供氣。

4.2 選用高效過(guò)濾器提高氣液分離

壓縮機(jī)本體一、二級(jí)汽水分離器為旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其原理是當(dāng)壓縮空氣延筒壁切線方向進(jìn)入分離器內(nèi)，在容器內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，混在氣體內(nèi)的液滴也跟著一起旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，質(zhì)量大的液滴產(chǎn)生的離心力較大，在其作用下大液滴向容器外壁移動(dòng)，碰到外壁后聚集長(zhǎng)大并失去動(dòng)能與氣體分離，在重力作用下沉降至底部由排水電磁閥排出，而粒徑較小的液滴卻在氣體壓力的作用下向呈負(fù)壓狀態(tài)的中心軸線遷移，隨氣體由頂端出口流向下游。

氣水分離器的工作效率受氣流負(fù)荷影響較大，當(dāng)來(lái)氣氣液比較大時(shí)，氣流在旋流的同時(shí)也推動(dòng)著液體向氣體流動(dòng)的方向流動(dòng)，造成液體流動(dòng)不暢，隨著氣流流速的增大，著壁液體的厚度增大，液體的碰撞力度也越強(qiáng)，其碎化的傾向越大，會(huì)產(chǎn)生更細(xì)小的液滴重新進(jìn)入氣相中被帶走，使設(shè)備的分離效率變差，現(xiàn)場(chǎng)由于受限于壓縮機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空間狹小緊湊等缺點(diǎn)，無(wú)法對(duì)其高徑比等結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整來(lái)提高設(shè)備的分離效果。

設(shè)在干燥器前端的氣液過(guò)濾器為微孔過(guò)濾設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，微孔直徑為50 μm以下，過(guò)濾精度較高但負(fù)荷范圍較窄，當(dāng)氣液混合物的氣液比較大時(shí)，過(guò)濾出的液體下流不暢，造成容器內(nèi)氣體的流通面積變小，很容易產(chǎn)生液堵現(xiàn)象，使已經(jīng)分離出的液體被氣體重新攜帶進(jìn)入干燥器內(nèi)，繼而增加了干燥系統(tǒng)的負(fù)荷。

5 結(jié)語(yǔ)

自2019年8月對(duì)2套空氣壓縮機(jī)實(shí)施干氣干燥和升級(jí)氣液分離器技改措施后取得了良好的效果，大幅降低了壓縮機(jī)在運(yùn)行中的故障發(fā)生率和維修次數(shù)，設(shè)備運(yùn)行正常未出現(xiàn)任何機(jī)械故障，各項(xiàng)工藝參數(shù)符合要求，達(dá)到了預(yù)期的目的，主要體現(xiàn)在以下2點(diǎn)。

（1）壓縮機(jī)頭維護(hù)盤車時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，拆下壓縮機(jī)消音器后檢查轉(zhuǎn)子和機(jī)殼無(wú)任何銹蝕，壓縮機(jī)運(yùn)行至目前機(jī)頭旋轉(zhuǎn)組件再無(wú)出現(xiàn)卡滯、咬死、崩壞等故障，提高了設(shè)備的可靠性和可用性。

（2）干燥器的排氣消音器再無(wú)大量液滴噴出，干燥劑取樣檢查無(wú)任何粉化、變質(zhì)等現(xiàn)象，成品氣的露點(diǎn)在-40 ℃以下并趨于穩(wěn)定，達(dá)到了儀表供風(fēng)的使用標(biāo)準(zhǔn)。

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