COOPER空压机故障分析及处理

COOPER空压机故障分析及处理摘要:简述COOPER离心式空压机存在的问题，对空压机多次发生喘振工况进行了原因分析，并针对各项问题制订了解决办法，对目前的运行工况进行了调整。1、概述某装置空压站包括两台离心式空压机和一套微热再生系统，其中两台空压机由COOPER透平压缩机公司生产，排气流量均为15000Nm3/h，排气压力0.8MPa，C2101于1999年投入使用，机组C2102于2005年投入使用。自2011年以来，空压机C2102多次发生三级轴承振动超标，导致机组跳机，通过机组Vantage型电子控制系统查询发现，机组振动超标均由于机组发生喘振而引起。2、故障现象离心式空压机C2102是多轴集装式离心机，为三级压缩，由齿轮箱、三级叶轮及转子、润滑油系统、中冷器、后冷器组成。机组投用以来，间断开机运行，至2010年空压机组除级间冷却器清洗过，未发生任何故障。自2011年以来机组入口导叶在100%全开的情况下，压缩风出口压力仍达不到设定值0.8MPa，出口流量也由14000Nm3/h下降到11000Nm3/h,（见图一），润滑油温度已超过报警值，达到61℃，机组润滑油温度报警60℃，联锁值66℃，同时机组多次发生跳机，根据现场控制系统记录显示，主要是机组发生喘振，导致机组转子振动超标跳机。（图一）3、原因分析喘振是流体机械及其管道中介质的周期性振荡,是介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动。在离心式空气压缩机中,喘振是压缩机运行中的常见故障之一,是旋转失速的进一步发展。当离心式压缩机在负荷降低到一定程度时,被压缩气体将会在叶轮的非工作面形成脱流团,造成冲击损失急剧增加,这不仅使流量损失增加,效率下降,还会导致气流从管网倒回压缩机,引起机身强烈振荡,并发出哮喘或吼叫声,这种现象叫做离心式压缩机的喘振离心式压缩机具有这样的特性,对于一个确定的转速,总对应一个流量值,压缩机效率达到最高点。当流量大于或小于此值时,效率都将下降。一般常以此流量的工况点为设计工况点。压缩机的性能曲线左边受到喘振工况的限制,右边受到堵塞工况的限制,在这二者之间的区域,称为压缩机的稳定工况区域。当压缩机在运行过程中,若因外部原因使流量。不断减小达到最小流量值时,就会在压缩机流道中出现严重的旋转脱离,若气量进一步减小时,压缩机叶轮的整个流道被气流旋涡区所占据,这时压缩机的出口压力将突然下降。但是,压缩机出口所连接的较大容量的管网系统中压力并不马上下降,此时会出现管网中气体向压缩机倒流的现象。当管网中压力下降到低于压缩机出口排气压力时,气体倒流会停止,压缩机又恢复向管网排气。然而,因为进气量的不足,压缩机在出口管网恢复到原来的压力以后,又会在流道内出现旋涡区。如此周而复始,机组和管道内的流量会发生周期性变化,机器进出口压力会大幅度脉动。由于气体在压缩机进出口处吞吐倒流,会伴随有巨大周期性的气流吼声和剧烈的机器振动,压力、流量、振动信号显示、记录中可以清楚地反映出来。压力入口流量喘振原因分析：1）机组级间冷却器压降增大。喘振线安全线工作线机组自带冷却器管束为铝翅片管，翅片间隙很小，翅片强度极低，在清洗时容易造成翅片倒伏，导致气体压降的升高，排气压力降低，导致机组发生喘振。2）机组密封不好，气体泄漏。气体泄漏分为外漏和内漏，外漏是从轴端密封处或级间管道哈弗法兰处向外漏气。内漏是指级间窜气使压缩过的气体倒流，重复压缩。严重的内漏会使压缩机能量损失增加，级效率和空压机运行效率下降，排气量减少，整个压缩机偏离设计工况。内漏会使低压级压比增加，高压级压比下降，该级的进排气温度升高。3）空压机导流叶片、叶轮叶片磨损或积灰过多。气体先从进气口进入空压机,而后通过叶轮,由叶片的转动使气体获得一定的动能,随后气体沿着空压机扩压器叶珊切线的方向通过气体扩压器,气体分子速度不断减小,气体的动能大部分转变为气体的静压能,而气体的小部分动能转化为热能,当热的高压气体通过冷凝器时,其气体温度降低,从而实现气体一级的正常压缩过程。空压机导流叶片、叶轮叶片磨损或积灰过多，会直接影响到空压机的效率。4）中间冷却器管束泄漏或冷却效果变差。压缩机一级出口压力为0.197MPa，二级排气压力位0.337MPa，循环水压力0.4MPa，如果一、二级冷却器管束泄漏，冷却水将进入气侧通道，夹带在气流中进入叶轮及扩压器。长期这样运行，会造成结垢、阻塞，使排气量减少，甚至使叶轮损坏，破坏动平衡，危机压缩机的安全。冷却器效果变差，直接影响级间压缩空气的水汽含量，对机组的机械部分产生影响。影响冷却器冷却效果的因素有:冷却水流量，冷却水温度，冷却水水管内水垢或泥沙及有机物阻塞管道，冷却器气侧排凝不畅冷凝水不能及时排出，影响冷却器冷却效果。5）出口逆止阀出现故障。如果机组发生喘振，逆止阀应迅速关闭，防止系统内的气体倒流，避免机组三级叶轮受到冲击，防止引起机组倒转，对机组产生破坏。6）入口导叶和放空阀动作不正常，导致发生故障时不能及时正确开关。根据机组运行状况分析，机组发生喘振的原因可能是叶轮或静叶腐蚀、入口导叶调节存在滞后、放空阀动作滞后、级间冷却器压降大、出口单向阀失灵等因素。4、故障检查9月份，运行部安排对空压机C2102进行解体大修。1）更换入口过滤器滤芯，拆下的滤芯催化剂粉尘较多，积灰严重。拆机组入口短接，清洗入口过滤器，同时对入口管道内的锈垢进行清理。2）机组一、二、三级冷却器全部抽出，其中一二冷却器进行酸洗，三级冷却器直接更换管束。从管束检查的情况看，管程循环水侧管口处有少量杂物，一二级管束翅片间结垢较多（见图三），影响了气体的通过，未发现管束泄漏。机组在二级出口压力由开机时的0.39MPa，目前下降到0.337MPa，冷却器管束压降明显增大。润滑油冷却器检修发现，冷却管束循环水内杂质及污垢堵死（见图三）。图二图三3）开机期间对机组轴封和法兰检查，未发现漏风情况。机组解体检查，测量密封配合尺寸均符合设备标准要求。4）机组解体检查机械部件，发现二级导流端盖内壁腐蚀比较严重（见图四），后端扩压器叶片风蚀较严重，三段叶轮有轻微刮擦，前端也已经风蚀。主要是一、二冷却器冷却效果变差，导致介质内水汽含量较高，对机组机械部分产生风蚀。图四5）检查入口导叶及放空阀。对入口导叶进行调校，经过多次动作后确认阀门动作准确，反应与脉冲发出信号一致，同样方法检查放空阀完好。将入口导叶阀门装回机组，通过空压机现场操作面板调试，检查入口阀和放空阀动作准确。6）由于空压站由两台机组供风，C2102出口蝶阀关不严，导致出口逆止阀未能检查，通过几次停机，现场发现单向阀存在关滞后的问题，系统风存在倒流的情况，导致机组受影响。根据机组解体检修情况，分析机组发生喘振的主要原因是机组效率下降，出口单向阀不能及时关闭，系统风倒窜，引起机组振动。空压机C2102检修后重新开机，对机组进行效率试验，压力到0.78MPa机组发生喘振，综合机械部分原因，机组效率下降，引起机组喘振。5、采取措施1）订购机组导流端盖、出口单向阀等相关配件，待装置停工更换。2）更换一、二级冷却器管束，翅片材质由铝制改为不锈钢，改善冷却器冷却效果。目前三级冷却器已改好，冷却器出口温度有42℃下降至38℃，冷却效果非常好。3）对机组级间冷却器排凝结构形式进行更改。原排凝管线尺寸为DN15，同时管线上装有疏水电磁阀，疏水效果不好。把疏水管线尺寸改为DN40，疏水电磁阀改至旁通线，保证冷却器内的冷却水及时排出，保证级间压缩空气的水汽含量较少，减少对机组机械部分的风蚀。4）提高进空压机冷却器水质，保证机组冷却器效果。5）改善机组入口过滤器工作条件，减少粉尘量。综上所述，空压机运行期间要保证入口过滤器的畅通，保证反吹系统工作的正常，同时工作环境恶劣的要缩短滤芯更换周期。保证冷却器效果，级间疏水保持畅通，降低级间压缩空气的水汽含量，减少对机械部件的腐蚀。运行期间发现机组不能达到设定工况时，要对机组进行检修及更换相关部件，防止机组发生喘振。由于空压机整机效率下降，已经达不到出厂设计的恒压控制点，调整空压机运行参数，由原设定控制压力0.8MPa，调低至0.75MPa，机组开机后运行正常。6、结束语空压机是公用系统关键设备，提供装置运行所需的风源。在日常生产中，要对机组定期进行维护，检查冷却器排水系统是否通畅，机组各运行参数是否发生变化，确保其安全、高效、经济运行。