大型離心式壓縮機存在問題分析與對策

張昌會 ，馮小梅 ，杜歡樂 ，李建偉

(1.河南神馬尼龍化工有限責任公司，河南平頂山 467000;2.黃河水文勘察測繪局，河南鄭州 450003)

硝酸生產(chǎn)裝置中壓縮機處于中心位置，原因有三個:①壓縮機是硝酸裝置的動力中心，我們只有通過壓縮機源源不斷的向工藝系統(tǒng)供應壓縮空氣，整個裝置才能進行動力、熱力循環(huán)，為工藝系統(tǒng)提供反應空氣;②硝酸裝置壓縮機組屬于大型機組，沒有備用設備，它的運行情況好壞，直接決定硝酸裝置生產(chǎn)能力，所以必須做好硝酸壓縮機的計劃檢修工作;③硝酸壓縮機造價高，檢修費用高，檢修周期長，所以壓縮機的運行維護特別重要。

針對壓縮機在硝酸生產(chǎn)裝置中所處位置的重要性，我們應加強對壓縮機日常運行的維護管理工作，做到及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

1 壓縮機出現(xiàn)的問題及采取措施

我公司硝酸裝置，自己有一臺大型離心式空氣壓縮機，該壓縮機是由英格索蘭設計生產(chǎn)的，設計打氣量為18 400 Nm3/h，打氣壓力為1.203 MPa。該壓縮機在生產(chǎn)運行中，會出現(xiàn)壓縮機打氣量不足、打氣壓力達不到工藝設計要求指標的現(xiàn)象，嚴重影響了硝酸產(chǎn)能。

為了解決硝酸裝置壓縮機打氣量不足的問題，我廠于2005年5月對該壓縮機進行一次大修，在檢修過程中，我們發(fā)現(xiàn)如下問題:①壓縮機中冷器后邊的流道內(nèi)壁鐵銹嚴重起皮、脫落，在隨后的表面清理中，清理出大量鐵銹。②壓縮機第二、第三、第四級擴壓器導向葉片不同程度受到損傷，特別是第四級導葉受損傷最大，非常明顯，幾乎把導向葉片削成一個刀片。

經(jīng)過檢修，我們更換了受損傷嚴重的第四級擴壓器，對壓縮機三個中冷器后邊的流道內(nèi)壁鐵銹做除銹處理，并對壓縮機流道內(nèi)壁進行了防腐處理，此后開車，壓縮機各項工藝指標均達到設計要求指標，此次檢修效果理想。

2 問題分析及總結

2010年，再次出現(xiàn)壓縮機打氣量不足問題，初步判斷壓縮機級間溫度高是主要原因，在對三個中冷器進行化學清洗后，效果不太明顯，最后決定更換中冷器，問題得到根本解決。通過對該壓縮機兩次成功檢修，我們認真整理了壓縮機在檢修中所反映出來的問題，分析和總結情況如下:

2.1 中冷器問題分析及指導意見

我廠壓縮機是一臺設計有四級壓縮級和三級中冷器的離心式空氣壓縮機，空氣在每兩級壓縮級間所經(jīng)過的流程如下:空氣在第一級被壓縮后，進入中間冷卻器，再進入第二級壓縮級進行下一級壓縮。

在該壓縮機中被壓縮的是空氣，其中含有一定的水分，具有一定的濕度，被壓縮空氣在流出中間冷卻器后，具有高壓低溫的條件，在此條件下空氣中的氣態(tài)水很容易凝結成為液態(tài)水，最終聚結成水滴，這些水滴被設置在壓縮機級間空氣流道內(nèi)的不銹鋼絲網(wǎng)除去，經(jīng)過級間疏水器排出壓縮機外。

由于在壓縮機流道內(nèi)有大量水分凝結，壓縮機流道內(nèi)壁又是由鑄鐵材料制成，在水分和氧氣存在條件下，壓縮機流道內(nèi)壁很容易發(fā)生氧化腐蝕，生成氧化鐵粉末，時間久遠，就會出現(xiàn)壓縮機內(nèi)壁銹蝕起皮和脫落的現(xiàn)象。

壓縮機內(nèi)壁鐵銹脫落的現(xiàn)象很危險，表現(xiàn)在四個方面:①脫落的鐵銹粉末在離心力作用下，會造成壓縮機各級擴壓器導向葉片受到損傷，這方面的問題在壓縮機檢修過程中已經(jīng)得到驗證;②壓縮機流道的腐蝕會導致壓縮機壽命嚴重縮短;③鐵銹粉塵會嚴重影響壓縮介質質量，鐵銹粉塵會隨壓縮空氣流到下游，會使下游鉑催化劑中毒，使硝酸裝置產(chǎn)能下降;④因為中冷器結構原因，鐵銹夾雜在空氣流中，會堵塞中冷器氣側空氣通道，也會黏附在中冷器氣側內(nèi)表面，降低氣側空氣換熱效率，最終結果是降低壓縮機打氣量。

通過以上壓縮機流道內(nèi)鐵銹來源及影響分析作出總結:壓縮機內(nèi)壁要及時做防腐處理，在運行一定時間后，要及時對防腐情況進行檢查，必要時要重新做防腐處理，比較合理的時間應該在3～5 a之間，可以通過工藝催化劑運行情況或者中冷器運行情況綜合進行判斷。

2.2 壓縮機檢修中出現(xiàn)的問題分析

根據(jù)離心壓縮機工作原理，被壓縮介質在壓縮機葉輪上獲得高速動能后，在離心力作用下，被甩向擴壓器，此過程中，高速運動的被壓縮介質必然會對擴壓器導向葉片產(chǎn)生強烈沖擊作用，如果壓縮介質是潔凈的空氣，沖擊力會很小，如果被壓縮介質中含有硬性顆粒或者粉塵，則壓縮機擴壓器導向葉片就會受到較大損傷。

對照實物，分析認為，壓縮機第二、第三、第四級擴壓器導向葉片受損傷，是因為被壓縮介質中含有的硬性顆粒或者灰塵強烈撞擊壓縮機導向葉片，在設計上，一、二、三、四級葉輪線速度依次增加，四級葉輪線速度最大，所以四級擴壓器導向葉片受損傷也就最大。至于壓縮介質中的硬性顆粒和灰塵來源，分析其可能性有如下兩點:

①被壓縮介質中含有的硬性顆粒或者灰塵是由于壓縮機進口空氣沒被過濾，直接走短路所致，生產(chǎn)中就有這樣的經(jīng)驗，壓縮機進口雖然設有精度很高的空氣過濾器，但是由于檢修人員疏忽，導致壓縮機進口濾芯裝不到位，濾芯密封不好，出現(xiàn)部分空氣走短路的現(xiàn)象。

②在壓縮機一級、二級、三級中冷器后流道內(nèi)壁有鐵銹粉末，該鐵銹粉末隨壓縮空氣進入流道，并隨空氣流到下一壓縮級，這也是壓縮介質中硬性顆粒的一個主要來源。

通過以上導致壓縮機各級導向葉片受損傷的原因分析，以及硬性顆粒來源分析，總結認為，被壓縮介質必須在進壓縮機之前就過濾干凈，而且要避免壓縮機流道內(nèi)產(chǎn)生鐵銹粉末;壓縮機擴壓器應及時進行檢查，必要時進行擴壓器修復，如果壓縮機擴壓器不好判斷損傷情況，可以通過壓縮機的一些相關工藝指標，輔助進行判斷，如各級出口壓力指標的變化，特別是四級出口壓力的偏低，如果低于正常指標，應考慮修復擴壓器，根據(jù)經(jīng)驗，壓縮機運行4～5 a應該考慮檢修擴壓器導向葉片。

2.3 中冷器內(nèi)水側、氣側結垢的分析和處理

我廠在2010年壓縮機檢修中發(fā)現(xiàn)，中冷器水側和氣側都有較嚴重的結垢，此前，在壓縮機運行間隙，我廠技術人員進行過4次中冷器水側化學清洗，每次進行化學清洗后，都會出現(xiàn)級間溫度降低現(xiàn)象，這是我們所期望的結果，但是，每次清洗后，都會出現(xiàn)這一次化學清洗后比上一次化學清洗后級間溫度出現(xiàn)上漲情況，根據(jù)這個情況，我們在對壓縮機中冷器水側進行了4次化學清洗后，決定更換中冷器，級間溫度徹底下降，數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下頁表1所示。

通過統(tǒng)計表格數(shù)據(jù)，我廠技術人員結合實際情況進行了分析:

壓縮機中冷器水側進行反復化學清洗，出現(xiàn)反復結垢，說明中冷器有結垢的原因存在，具體如下:

①中冷器為銅質換熱管，換熱效率比較高，由壓縮機一、二、三級擴壓器出來的空氣是100℃以上的高溫氣體，這些高溫氣體經(jīng)過換熱效率極高的銅質換熱管時，能夠快速冷卻，局部換熱面水溫可以超過50℃，循環(huán)水在超過50℃時容易在換熱器表面形成垢層，因為三個中冷器殼程走的是循環(huán)水，所以容易結垢。

②循環(huán)水在換熱器內(nèi)流速慢，而且在換熱器內(nèi)有死角，水中顆粒物易沉積，導致中冷器易于結垢。

③循環(huán)水上水沒有設置過濾器，水里面雜質多，加上中冷器列管換熱器列管排列緊密，導致中冷器因列管堵塞，致使循環(huán)水量不足，換熱效果不好。

依據(jù)表中數(shù)據(jù)，壓縮機中冷器每次化學清洗后，總比上一次化學清洗后級間溫度高，說明單純處理中冷器水側已經(jīng)不能解決問題了，原因可能是換熱器使用時間過長，氣側沒有及時清洗，結垢嚴重，此時應考慮更換中冷器。

表1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

依據(jù)上述分析，以及我們的檢修結果驗證，特別提出壓縮機中冷器化學清洗及更換的超前分析預測方法:①如果中冷器進行化學清洗后，級間溫度會出現(xiàn)較大幅度溫度降低現(xiàn)象，說明中冷器水側結垢嚴重，出現(xiàn)類似級間溫度高現(xiàn)象時，可以采用中冷器水側化學清洗的方法解決中冷器結垢問題;②每次中冷器化學清洗后，都會出現(xiàn)本次化學清洗后比上一次化學清洗后，級間溫度出現(xiàn)上漲現(xiàn)象，類似表1中四級入口溫度4次化學清洗后溫度依次是:35、37、43、46℃，依此可以判斷中冷器氣側結垢嚴重，此時應該考慮更換中冷器。

通過對我公司壓縮機的檢修及檢修后的分析總結，我們認為只要針對檢修中反映出的問題制定相應的措施，就會使壓縮機在運行中得到良好的維護，進而可以延長機組使用壽命，減少機組維修費用，增加裝置產(chǎn)能。