張世凱，鞠 琦，程新續(xù)

（中國石油大慶煉化公司檢，黑龍江大慶 163411）

0 引言

某煉化廠9#壓縮機（TA-11000/30 型）額定電壓6000 V，額定功率1500 kW，轉速3000 r/min，設有油溫、油壓、振動和定子線圈溫度等報警自保單元。該設備自2007 年投入運行至今，期間發(fā)生多次故障，如中冷器泄漏、油冷器堵塞、儀表探頭損壞等。經(jīng)設備維修人員及時維修處理，故障問題得到解決，保證了壓縮機以最快速度重新投入生產(chǎn)。在日常檢修的過程中，通過總結經(jīng)驗，明確各類故障的發(fā)生原因、具體表現(xiàn)和維修策略，然后以此為依據(jù)制定離心式壓縮機的檢修方案和應急預案，才能提高設備管理的科學化和規(guī)范化水平。

1 離心式壓縮機長周期運行故障及原因分析

1.1 油冷器換熱效果差

該壓縮機的原裝油冷器采用管式換熱裝置，正常情況下油溫應當維持在35～45 ℃之間，因此壓縮機的報警自保系統(tǒng)中設置了46 ℃的報警線，實際溫度超過46 ℃即報警；同時還設置了55 ℃聯(lián)鎖線，實際溫度超過55 ℃設備即聯(lián)鎖停機。

壓縮機在2020 年10 月24 日的油溫變化如圖1 所示，由圖1 可知，該壓縮機潤滑油的油溫從6：00 開始有上升趨勢，至9：00已經(jīng)突破了報警值，10：00 時已經(jīng)逼近了聯(lián)鎖值。接到警報后，設備管理人員立即采取開大油冷器水閥、增加冷卻水量的措施，在11：00 后油溫回歸到正常范圍。分析此次故障原因，是因為循環(huán)水系統(tǒng)的過濾能力下降，管式換熱裝置的部分水管發(fā)生淤堵，導致?lián)Q熱效率降低，熱量不能及時散失，導致油溫出現(xiàn)上升。

圖1 壓縮機潤滑油溫度變化趨勢

1.2 控制柜電源板頻繁更換

該壓縮機的現(xiàn)場控制面板采用一體化設計，線路及電子設備的布局較為緊密。同時，控制面板位置在壓縮機二級蝸殼前方，這導致二級葉輪壓縮空氣時產(chǎn)生的高溫輻射造成控制面板溫度升高。早在2011 年控制面板就因為溫度過高而出現(xiàn)過1次電源板燒毀的故障，更換電池板后加裝了隔熱板，后來又加裝了散熱風扇，但是實際效果有限。2020 年7 月份，現(xiàn)場控制柜的電源板再次燒毀，設備檢修人員現(xiàn)場測量控制柜內溫度達到了55 ℃。

1.3 葉輪結垢嚴重引起設備連鎖停機故障

隨著離心式壓縮機運行時間的延長，葉輪表面結垢的情況也變得十分普遍，葉輪結垢會導致葉輪質量不平衡，進而在高速轉動過程中出現(xiàn)明顯的振動，嚴重時會造成設備聯(lián)鎖停機。該壓縮機的報警自保系統(tǒng)中，設定振動的報警值為37.0 μm，聯(lián)鎖值46.7 μm。2021 年4 月11 日發(fā)生聯(lián)鎖停機故障，設備維修人員收集離心機運行參數(shù)，發(fā)現(xiàn)振動值最高達到51.8 μm，超過聯(lián)鎖值，導致設備停機。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，造成葉輪結垢的原因有：除塵器過濾精度不高，導致空氣中雜質含量偏多，進入壓縮機后使得葉輪嚴重結垢。機組運行時循環(huán)水壓力維持在0.6～0.8 MPa，明顯高于冷器氣側排凝壓力0.3 MPa，導致部分循環(huán)水進入冷器氣側，沖擊葉輪進而引起振動升高。

2 離心式壓縮機長周期運行故障的維修措施

2.1 油冷器換熱效果差的維修措施

首先將油冷器的前置過濾器拆卸下來進行清洗，將過濾網(wǎng)上淤堵的雜質清洗干凈后重新裝回，恢復正常的過濾功能。然后將原來的管式換熱器升級為板式換熱器，該裝置用兩塊波紋板片替代了原來的多條波紋管，保證了冷熱兩種流體之間的熱量交換速率更快、交換能力更強。同時，板式換熱器還具有分流均勻、不易結垢、對循環(huán)水要求不高、不易堵塞等優(yōu)勢。為了滿足正常的換熱要求，同時又要控制成本，在更換設備時需要科學計算板式換熱器的換熱面積。根據(jù)熱平衡方程：

式中ma和mb為冷、熱流體的質量流量，kg/s；Cpa和Cpb為冷、熱流體的定壓比熱，J（/kg·℃）；ta和ta1為潤滑油入口和出口的溫度，℃；tb和tb1為循環(huán)水進口和出口的狀態(tài)溫度，℃。在壓縮機正常運行期間，測得ta=65 ℃，ta1=41 ℃，tb=20 ℃，tb1=30 ℃。在實際中還要考慮換熱器的散熱損失Q散，當潤滑油流過換熱器時，放出的熱量Q放等于循環(huán)水吸收熱量Q吸外加散熱損失，即：

但是Q散具有不穩(wěn)定性，因此化工過程中常以熱損失系數(shù)η 估算：

根據(jù)TA-11000/30 型壓縮機說明書，可知mb=215.8 L/min=0.6 kg/s，Cpb=4.2 kJ（/kg·℃），這里η 取0.98，則有：

將上述數(shù)據(jù)帶入式（4），計算可得Q放=26.7 kJ。再根據(jù)傳熱方程：

式（5）中，K 為傳熱面的平均傳熱系數(shù)，取350 W（/m2·℃）；A為傳熱面積，m2；Δtm為冷熱流體的平均溫差，實際測得為17.3 ℃。根據(jù)式（5）可求得傳熱面積A 為14.6 m2。由此可知，該壓縮機組將管式換熱器升級成板式換熱器，需要換熱板面積≥14.6 m2才能保證換熱效果比原來得到提升，即單板面積≥7.3 m2。根據(jù)這一計算結果，設備管理人員更換符合要求的板式換熱器后，壓縮機重新啟動運行，油溫維持在35～40 ℃，保證壓縮機的長周期穩(wěn)定運行。

2.2 控制柜電源板頻繁更換的解決措施

針對現(xiàn)場控制柜溫度偏高導致電源板頻繁燒毀、更換的情況，決定采取加強隔熱與強制冷卻2 種措施。原來的隔熱板僅安裝在電源板后方，加上控制柜內空間有限，隔熱板的厚度和面積較小，因此隔熱范圍有限。本次維修中選擇一塊更大、更厚的隔熱板，直接安裝到現(xiàn)場控制柜的外側，有效阻擋了控制柜和二級渦輪之間的熱交換，對抑制控制柜升溫有顯著作用。除此之外，從除塵器反吹氣源線引一路氣源至現(xiàn)場控制柜，然后在冷卻風線上間隔10 cm 鉆一個直徑為12 mm 的孔，同時封閉氣源線末端，形成一個強制冷卻風幕，可以吹散現(xiàn)場控制柜與蝸殼間的熱氣，并起到降低環(huán)境溫度的效果。完成改造后，讓壓縮機重新啟動運行，并測量現(xiàn)場環(huán)境溫度，以及對比改裝前后控制柜內溫度（圖2）。

結合圖2 可知，現(xiàn)場環(huán)境溫度基本維持在18～23 ℃。而控制柜溫度從改造前的50～56 ℃降低至改造后31～33 ℃，并且溫度較為穩(wěn)定，沒有明顯波動。對于控制內的各類元器件和線路來說，30～35 ℃屬于正常溫度，對降低控制面板故障發(fā)生率，以及減少電源板更換頻率起到了積極作用，從而保證了離心機的長周期運行。

圖2 加裝冷卻風源前后控制柜溫度變化趨勢

2.3 葉輪結垢嚴重的解決措施

在明確導致葉輪嚴重結垢的原因后，采取了以下維修措施：①將原來的布袋式除塵器替換為新型的MSF-400 型脈沖反吹自潔式除塵器，其過濾粒度≤5 μm，可以有效濾除空氣中大部分粉塵和微粒，從而延緩了葉輪上硬質結垢的形成；②優(yōu)化了壓縮機冷器管程和殼程排凝線的布局，從原來管程、殼程連接后集合排凝，更改為管程、殼程單獨排凝（圖3）。圖3 中，V1 為管程循環(huán)水排空閥，V2 為殼程氣側排凝閥，V3 為集合排凝總閥。

圖3 壓縮機組冷器

改造后，循環(huán)水不會進入到冷器殼程排凝線中，一方面是避免了葉輪振動升高的情況，另一方面也可以杜絕因為操作不當或閥門內漏造成的壓縮機進水事故，采取上述兩項措施后，壓縮機于2021 年4 月15 日投入運行，至今未再出現(xiàn)因為振動異常而導致的設備聯(lián)鎖停機故障。

3 結語

隨著運行年限的增加，因為設備老化或操作不當?shù)仍?，壓縮機容易出現(xiàn)諸如儀表誤報、葉輪結垢等問題。本文介紹的煉化廠A-11000/30 型壓縮機，采取了更換新型板式換熱器，提高除塵器過濾精度，加裝冷卻風源等維修措施，使得壓縮機得以穩(wěn)定運行，取得了良好效果，同時也為壓縮機日常管理積累了經(jīng)驗。