影響氣體輸送機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)行的因素及日常維護(hù)

姜明發(fā)，蓋延浩，薛蓉

(陜西未來能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

化學(xué)工業(yè)中一些化學(xué)反應(yīng)過程需要在高壓下進(jìn)行，如：費(fèi)托合成反應(yīng)、合成氨反應(yīng)、乙烯的本體聚合等，為了克服管道的阻力，需要提高氣體的壓力。而氣體輸送量較大，對相關(guān)氣體的輸送機(jī)械出口壓力要求較高。在大型化工生產(chǎn)裝置中，離心式壓縮機(jī)是壓縮和輸送各種氣體的關(guān)鍵設(shè)備，對整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有一定決定作用，壓縮機(jī)的安全、穩(wěn)定、良好運(yùn)行直接影響著整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定性。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，隨著系統(tǒng)長周期運(yùn)行，壓縮機(jī)因各種因素導(dǎo)致故障而影響其正常運(yùn)行效果，甚至影響整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

文章首先對常見的氣體輸送設(shè)備對比，簡述壓縮機(jī)的本體結(jié)構(gòu)及基本工作原理。并根據(jù)離心壓縮機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中出的故障，分析總結(jié)出影響其運(yùn)行效果的主要因素，并對日常維護(hù)檢修要點(diǎn)提出建議。

1 常見氣體輸送設(shè)備

氣體輸送設(shè)備按其結(jié)構(gòu)和工作原理分為離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式等類型。因氣體具有可壓縮性，在輸送過程中，當(dāng)氣體壓力發(fā)生變化時(shí)，其體積和溫度也將隨之發(fā)生變化，對氣體輸送機(jī)械的機(jī)構(gòu)、形狀有很大的影響。因而氣體輸送根據(jù)產(chǎn)生的出口壓力或壓縮比(即氣體出口壓力與進(jìn)口壓力之比)進(jìn)行分類，分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵。其出口壓力和壓縮比如表1所示。

從表1可以看出：

表1 不同氣體輸送對比

(1)通風(fēng)機(jī)的壓縮比為1.0～1.5之間，結(jié)構(gòu)比較簡單；

(2)鼓風(fēng)機(jī)壓縮比一般小于4，送氣量較大；

(3)壓縮機(jī)的壓縮比與鼓風(fēng)機(jī)剛好相反，其壓縮比一般大于4，葉輪數(shù)較多，同時(shí)壓縮機(jī)的出口壓力相對通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、真空泵來說是最大的，一般>300 kPa；

(4)真空泵的壓縮比一般較大，分為干式真空泵和濕式真空泵。干式真空泵只從容器中抽出干氣體，其真空度最高可以達(dá)到99.9%；而濕式真空泵由于在抽吸氣體的同時(shí)帶有少量液體，所以濕式真空泵的真空度最高只能達(dá)到90%，如水環(huán)式真空泵就屬于典型的濕式真空泵，其結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)湊、沒有閥門，且真空泵的出口壓力小于當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?/p>

壓縮機(jī)又根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理不同，分為往復(fù)式和離心式。因離心式壓縮機(jī)具有排氣量大、體小、生產(chǎn)能力大、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、維護(hù)方便、運(yùn)轉(zhuǎn)平衡可靠、周期長、機(jī)器利用率高、供氣均勻、易損部件少、氣體不與潤滑系統(tǒng)接觸、動力利用好、投資小、操作費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在大型石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛[1-2]。

2 離心壓縮機(jī)本體結(jié)構(gòu)及工作原理

離心壓縮機(jī)也稱為透平式壓縮機(jī)，是一種多級離心壓縮機(jī)，機(jī)殼為水平剖分式，其外觀圖如圖1所示，其主要構(gòu)造如圖2所示，其工作原理與離心式鼓風(fēng)機(jī)相同。壓縮機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子及支撐軸承、推力軸承、軸端密封等組成，其中壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、軸套、軸螺母、隔套、平衡盤和推力盤等，轉(zhuǎn)子與定子之間設(shè)有密封元件。

圖1 壓縮機(jī)構(gòu)造圖

圖2 壓縮機(jī)外觀圖

離心式壓縮機(jī)是通過葉輪旋轉(zhuǎn)帶動流經(jīng)葉輪的空氣旋轉(zhuǎn)，使氣體受到離心力。氣體在離心力的作用下產(chǎn)生一定壓力，獲得速度，空氣被甩到葉輪后面的擴(kuò)壓器(如圖1中的2和3所示)中去。空氣經(jīng)擴(kuò)壓器逐漸降低速度，動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，使氣體壓力進(jìn)一步提高。就這樣葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，空氣不斷被吸入然后甩出，維持壓縮空氣的連續(xù)流動[3]。

3 影響離心壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素

離心式壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，若調(diào)節(jié)操作不當(dāng)，就會出現(xiàn)一系列故障，影響其正常運(yùn)行，如：

(1)驅(qū)動機(jī)不啟動或關(guān)閉；(2)油溫油壓降低或過高；(3)壓縮機(jī)軸承故障；(4)供油溫度太低或太高；(5)壓縮機(jī)油喘振與堵塞；(6)密封系統(tǒng)失效、漏氣；(7)葉輪損壞；(8)異常振動及噪聲等[4]。

主要針對壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振與堵塞現(xiàn)象以及喘振原因，分析并提出相應(yīng)防范措施，具體如下。

3.1 離心式壓縮機(jī)喘振與堵塞現(xiàn)象

喘振又叫“飛動”，是離心壓縮機(jī)的一種特殊現(xiàn)象。當(dāng)實(shí)際流量小于設(shè)計(jì)流量一定值后，氣流進(jìn)入葉片的方向與葉片進(jìn)口角度不同發(fā)生嚴(yán)重沖擊，產(chǎn)生氣體分離，壓縮機(jī)不在排氣管路中的氣體被倒流回來，經(jīng)過葉輪壓縮后重新壓出去。這樣是流量又減小，壓力突然下降，氣體又倒流回來，這樣往復(fù)循環(huán)產(chǎn)生“低頻高振幅”的周期性氣流脈動，噪聲嚴(yán)重，強(qiáng)烈震動，壓縮機(jī)無法正常工作。如若不及時(shí)采取措施，壓縮機(jī)遭到破壞，這就是喘振。

當(dāng)實(shí)際流量大于某一值時(shí)，摩擦和沖擊損失增大，氣體壓力提高受阻，氣流速度也不能再提高，流量達(dá)到最大，這就是堵塞。流量過小或過大都不利用壓縮機(jī)正常工作，喘振與堵塞之間區(qū)域稱之為穩(wěn)定區(qū)，如圖3所示。

圖3 壓縮機(jī)性能曲線圖

3.2 壓縮機(jī)喘振原因分析及防范措施

引起壓縮機(jī)喘振的因素有很多，根據(jù)離心壓縮機(jī)的性能變化曲線圖分析主要原因有流量因素、壓力、機(jī)械部件、轉(zhuǎn)速幾方面，具體影響分析如下：

(1)氣體流量小，壓縮機(jī)出口壓力下降，進(jìn)入喘振區(qū)域，導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振。

實(shí)際運(yùn)行流量小是造成壓縮機(jī)喘振的根本原因[5]，在轉(zhuǎn)速一定的情況下，流量達(dá)到最大時(shí)，壓比和效率快速下降，將進(jìn)入阻塞工況區(qū)域，所以可以通過增加壓縮機(jī)入口氣體流量的方式。即使氣體流量循環(huán)使用可以有效控制喘振，避免入口流量過低現(xiàn)象，無論壓縮機(jī)的壓縮比是多少，要保證壓縮機(jī)的吸入流量比喘振流量大。

(2)氣體入口壓力過低、出口壓力過高，進(jìn)入喘振區(qū)域。

原因可能是壓縮機(jī)入口過濾器的壓差大，產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致氣體流量減少，進(jìn)入喘振區(qū)。所以平時(shí)操作時(shí)密切關(guān)注壓縮機(jī)入口過濾器壓差情況，若發(fā)現(xiàn)壓差不在正常范圍內(nèi)需要及時(shí)對過濾器進(jìn)行清理或者將過濾網(wǎng)徹底更換，防止壓縮機(jī)入口壓力過低造成喘振。

(3)機(jī)械部件損壞引起喘振。

離心式壓縮機(jī)內(nèi)部零件較多且復(fù)雜，若初始安裝操作不按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，那么壓縮機(jī)隨系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行就會出現(xiàn)零部件脫落甚至被破壞，進(jìn)而引起喘振。所以在安裝前，需仔細(xì)檢查基礎(chǔ)尺寸和設(shè)備的保管情況，參照安裝和基礎(chǔ)圖。同時(shí)檢查機(jī)器的水平及找正，安裝聯(lián)軸器時(shí)用定位環(huán)定位，加之要定期對壓縮機(jī)檢修和維護(hù)。

(4)轉(zhuǎn)速突然降低，被壓縮介質(zhì)的溫度、重度等大幅度波動，進(jìn)氣壓力低引起喘振。

隨系統(tǒng)負(fù)荷的提高，壓縮機(jī)需及時(shí)提轉(zhuǎn)速來輸送大量的氣量。當(dāng)氣量一定時(shí)不能一味地提高轉(zhuǎn)速，會引起喘振，但也不能在低速下運(yùn)行時(shí)間過長，不然干氣密封中動、靜環(huán)之間無法形成氣膜[6]，導(dǎo)致動、靜環(huán)無法分離，密封面產(chǎn)生摩擦損壞。所以，壓縮機(jī)正常運(yùn)行中若入口流量變化需及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速滿足工藝要求，系統(tǒng)加負(fù)荷時(shí)應(yīng)先提速后提壓。

4 離心式壓縮機(jī)日常維護(hù)保養(yǎng)

設(shè)置離心壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中的自我保護(hù)系統(tǒng)，如：干氣密封壓差調(diào)節(jié)系統(tǒng)、防喘振控制系統(tǒng)、軸向位移保護(hù)系統(tǒng)、油壓低保護(hù)系統(tǒng)、軸承溫度保護(hù)系統(tǒng)、震動保護(hù)系統(tǒng)。

離心壓縮及啟動前先進(jìn)行盤車。為了保證壓縮機(jī)安全運(yùn)行，在機(jī)組啟動前一定要盤車主要為了調(diào)整轉(zhuǎn)子、使軸瓦過油、沖動轉(zhuǎn)子減小慣性、發(fā)現(xiàn)異?？梢约皶r(shí)進(jìn)行處理。

離心壓縮機(jī)進(jìn)行兩級養(yǎng)護(hù)[7]。一是專業(yè)人員要定期對易出現(xiàn)磨損的關(guān)鍵零部件進(jìn)行加油并保持衛(wèi)生清潔；二是對長時(shí)間停止運(yùn)行的壓縮機(jī)要做好潤滑管理，再次啟用前對油封清洗更換新油。

完善日常維護(hù)方案及監(jiān)管措施。對壓縮機(jī)日常運(yùn)行中易出現(xiàn)的故障問題，進(jìn)行充分分析并總結(jié)，制定有效且操作性強(qiáng)的維護(hù)技術(shù)方案。同時(shí)技術(shù)管理人員定期進(jìn)行監(jiān)控抽查，操作人員對方案的落實(shí)執(zhí)行情況，確保壓縮機(jī)高效穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

煤化工生產(chǎn)最主要的安全穩(wěn)定運(yùn)行，離心式壓縮機(jī)是大型化工生產(chǎn)中壓縮和輸送各種氣體的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)特殊，零部件復(fù)雜，影響離心式壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的因素較多。因此，本文根據(jù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)理，針對主要影響因素進(jìn)行分析，并對日常維護(hù)保養(yǎng)提出建議，以期提高壓縮機(jī)運(yùn)行效率、維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定、延長使用周期為盼。