王建鑫，張賀博

（1.中國石油吐哈油田公司鄯善采油管理區(qū)基建設備中心，新疆吐魯番 838202；2.中國石油吐哈油田公司油氣生產服務中心，新疆吐魯番 838202）

0 引言

某輕烴裝置中，50-5E6B 透平膨脹機組是氣處理裝置生產的關鍵設備。該機組于2014 年安裝投產，2017 年大修后已累計運行25 000 h 以上，逐漸出現(xiàn)機組性能下降，泄漏點增多、轉速波動加大，噴嘴葉片及滑盤相繼出現(xiàn)磨損、卡住等故障，嚴重影響機組的安全運行和生產。為保障機組安全、正常運行，擬對該機組進行大修。在人員、技術文件、資料、工具、配件、工裝、場地等方面做好準備工作后，設備維修人員對機組、噴嘴傳動機構及系統(tǒng)進行改造、更換。

1 機組主要設計參數

該50-5E6B 透平膨脹機組由一臺單級膨脹機和一臺位于主軸另一端起負載作用的單級離心壓縮機組成，膨脹機—壓縮機機組安裝在一塊鋼制結構的撬裝上。撬裝上還裝有配套的潤滑系統(tǒng)、密封氣系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，用于制取石油氣液化和分離所需的冷量。轉子周圍設有可調噴嘴組件，以控制流程氣的流量及可調節(jié)背壓。它將儀表空氣信號用于氣動薄膜執(zhí)行機構，以調節(jié)噴嘴葉片之間的開度，無論噴嘴開度如何變化，高速氣流總能以合適的角度進入葉輪，這使得設備在很大的流量范圍內具有很高的效率。

密封氣系統(tǒng)軸封為緊配合、迷宮式結構，并配有引入熱的干燥密封氣的部件（可調節(jié)控制溫度的密封氣加熱器）。在操作期間，密封氣注入膨脹機密封結構的中。膨脹機排放的密封氣和壓縮機外漏的工藝氣與潤滑油一起從軸承箱進入到壓力油箱，氣體在此從潤滑油中分離出來。經除霧器和壓力控制閥排入低壓管線。如果設備長期不用，則應打開V511 閥，使密封氣進入壓縮機的迷宮密封結構中，這樣可以防止?jié)櫥驮趬嚎s機殼體內的壓力低于油箱壓力時漏入壓縮機殼體內（在非運行期間）。

為防止止推軸承超載和損壞，機組配有推力平衡系統(tǒng)。推力平衡系統(tǒng)對前后止推軸承中的壓力敏感，對此兩種壓力加以比較，并調節(jié)壓縮機葉輪后面的壓力，從而使前后止推軸承中的壓力大致相同，這種調節(jié)在任何轉速下均可實現(xiàn)（表1）。

表1 透平膨脹機組設計參數

2 機組檢修經過

輕烴裝置2＃膨脹機組于2020 年10 月26 日開始檢修，拆卸后發(fā)現(xiàn)膨脹端葉輪入口有吹蝕痕跡，噴嘴滑動盤與擴壓器軸向表面存在嚴重吹蝕，甚至出現(xiàn)3～4 mm 深的凹槽。解體主機時發(fā)現(xiàn)，轉子總成中膨脹端的葉輪磨損，動平衡精度超差，因此更換了轉子總成；兩端的迷宮密封套也已經磨損超差、不能重復使用，因此也進行了更換；檢查前后端軸承、均有不同程度磨損，更換了前后端軸承。同時，在安裝過程中發(fā)現(xiàn)訂購來的一批配件存在加工尺寸不合格、氣孔錯位等問題，經過現(xiàn)場技術分析和協(xié)商處理（部分元件繼續(xù)使用舊件，部分使用新件），基本上得到了解決和控制。

10 月29 日檢修完畢，于10 月30 日進行試機。

3 試機經過

10 月30 日20：30 開始試運啟動，第一次啟動時，噴嘴開度25%時機組無響應，控制柜上無轉速顯示，技術人員現(xiàn)場反復檢查確認無問題進行第二次啟動，調節(jié)噴嘴開度由5%～30%后機組啟動運行，當噴嘴開度調節(jié)到32%時轉速迅速從7000 r/min分鐘提升至210 000～220 000 r/min，此升速過程中，振動值基本維持在（X 端16.5 μm 左右、Y 端43 μm 左右）運行，運行大概五六分鐘后突然出現(xiàn)一聲異響，觀察膨脹機各運行參數，除轉速從兩萬多緩慢下降外，其他各運行參數（X 軸、Y 軸振動值，膨脹端進出口壓力、溫度等參數）無明顯變化，也無報警顯示，檢查撬裝管路系統(tǒng)沒有外漏現(xiàn)象。為求穩(wěn)妥現(xiàn)場立即停機，經檢查無異常后再次啟動仍不成功。

10 月31 日下午，將膨脹機從撬體上拆解下來，發(fā)現(xiàn)膨脹端葉輪嚴重受損，噴嘴部件上附著大量鋁質殘留，噴嘴葉片出口受損變形；膨脹蝸殼噴嘴后的環(huán)槽腔室內殘留有大量鋁質小顆粒和粉末。

4 檢修過程中發(fā)現(xiàn)的問題

4.1 配件質量問題

（1）膨脹端密封背輪。膨脹端密封背輪圓弧面加工尺寸有問題，裝配后發(fā)現(xiàn)膨脹端密封背輪與葉輪不能完全貼合，有2.5 mm的縫隙（圖1），硬性裝配時存在密封背輪直接頂在葉輪上、無法盤車的現(xiàn)象。在不影響正常開廠時間的情況下，大修中膨脹端的密封背輪使用舊密封背輪進行組裝，第二次維修時使用的是庫存?zhèn)浼?/p>

圖1 背輪與葉輪不能貼合

（2）膨脹端密封套。密封套上的密封氣孔位置錯誤（圖2），實際維修中使用的是舊件。

圖2 新舊密封套密封氣孔位置對比

（3）噴嘴滑動盤。噴嘴滑動盤的臺階尺寸有誤。新滑動盤的內路臺階軸向為8.0 mm，原噴嘴滑動盤的內路臺階軸向為7.3 mm（圖3～圖4）。造成安裝后與擴壓器端面接觸而產生摩擦，第一次組裝時使用舊滑動盤進行組裝試機。第二次組裝時對新滑動盤進行車削加工處理后安裝。

圖3 新滑動盤內路臺階

4.2 前期安裝遺留問題

在第二次機組解體維修時發(fā)現(xiàn)，擴壓室下方加裝了一個石棉板墊片，該墊片厚度為1.5 mm，實際上僅需要取消擴壓室后方的石棉板墊片即可（圖5）。第一次安裝時，因此次大修配件中沒有做擴壓室總成，不屬于易損配件，所以沒有拆卸擴壓室。因為噴嘴執(zhí)行不順暢，在第二次維修時拆下檢查發(fā)現(xiàn)多加了一個石棉墊，此處密封應為O 形圈密封（圖6）。去掉石棉墊后，解決了噴嘴執(zhí)行不順暢的問題。

圖5 石棉墊片

圖6 擴壓室O 形密封圈

5 配件損壞情況分析

透平膨脹機組膨脹端葉輪嚴重變形，密封套損壞，噴嘴組件內圓上附著大量的鋁質殘留物，噴嘴葉片出口受損變形，膨脹端軸承拉傷，轉子軸表面上雖然未見損傷，但能否繼續(xù)使用還需要做動平衡檢查。

從表面來看，可能是配件尺寸不合適或安裝有誤導致的膨脹端葉輪與噴嘴咬死引起的無法啟動事故。但是，進行深層次的分析后發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象是由于工作介質中含有一定質量和強度的顆粒物質隨氣流從噴嘴兩葉片間的流道流入后接觸到高速旋轉的葉輪，同時又受到葉輪葉片的反作用力向外拋向噴嘴葉片，與噴嘴葉片接觸后發(fā)生反彈后再隨高速氣流沖擊葉輪葉片；如此反復地在噴嘴流道和葉輪流道間的環(huán)槽空間內不停地對膨脹輪造成損傷；當膨脹機轉速降低至一定值（或停運后）就隨氣流一起從葉輪出口流出。對于氣流中顆粒物的來源，認為可能是類似焊接瘤的金屬顆粒，它具有一定的質量和強度，外形尺寸小于噴嘴葉片厚度，只有這樣才能從噴嘴流道進入葉輪、對葉輪造成這么大的損傷。隨后檢查膨脹端入口過濾網，入口過濾網是完好的，但是入口過濾網到膨脹機的入口有約9 m 的距離且有兩個彎頭，很難避免彎頭處的焊接瘤等雜質不掉落（圖7）。

圖7 膨脹端過濾器至機組入口工藝管線

另外，設備維修人員檢查了透平膨脹機組膨脹端和增壓端入口過濾器，過濾器濾網無破損，但是濾網上有大量焊渣和雜物。

綜上所述，造成這次膨脹機組噴嘴和試機過程中膨脹端葉輪損壞的直接原因是，工作介質氣體中存在具有一定質量和強度的顆粒，隨氣流從噴嘴兩葉片間的流道流入后接觸到高速旋轉的葉輪輪葉，造成葉輪和噴嘴滑動盤損壞。

6 結束語

通過此次對透平膨脹機組檢修后在試機過程中出現(xiàn)的部分配件損壞事件的認真分析，提高了分析問題、解決問題的能力以及維修技術水平，增強了自信心。原因明確后，更換相應受損零部件，重新組裝后試機加載運行，機組運行工況良好。但是也對技術和設備維修人員提出了更高的要求：①必須加強對技術和設備維修人員的技能培訓力度；②嚴格把控設備配件的驗收環(huán)節(jié)，在檢修拆解組裝過程中每一個數據的測量、核對都要做到精益求精；③不符合標準規(guī)范和加工質量不合格的配件絕不能安裝使用。本次檢修過程不僅提高了相關人員的設備管理和維修水平，還杜絕了類似損壞事件的發(fā)生，為今后更好地完成設備維護保運工作打下堅實的基礎。