大型離心式空壓機組長周期運行探討

王新花 王 宇

（中國石油蘭州石化公司)

0 前言

中國石油蘭州石化公司第一空壓站是公司煉油裝置的風氮供應中心，是動力系統的重要組成部分?？諌赫竞诵脑O備是大型離心式空氣壓縮機組，該機組能否長周期穩定運行直接關系到公司煉油裝置能否安全運行，因此有必要對該機組的運行情況進行專項監測和研究。

本文針對該空壓站空氣壓縮機組在實際運行過程中出現的異常情況，分析了溫度、葉輪結垢、葉輪磨損和中間冷卻器堵塞等因素對空壓機組運行的影響，提出了合理可靠的運行參數、控制方法和改進措施。

1 溫度對空壓機組運行的影響

1.1 潤滑油溫度

離心式壓縮機的運轉速度較高，通常情況下為5000～15000 r/min。為了保證機組的安全運行，在滑動軸承和增速箱等部位必須采用強制潤滑。強制潤滑的主要目的是減少摩擦以及降低潤滑點的溫度。如果潤滑油溫度過低，則造成摩擦增加，使零部件異常磨損，降低使用壽命，同時還會增大機組能耗。如果潤滑油溫度過高，則可能造成零部件高溫失效，損壞零部件，甚至發生事故。因此潤滑油溫度對空壓機組的運行狀況起著決定性的作用，必須重點監測。

一般情況下，空壓機組開機時，潤滑油溫必須在35℃以上。在北方地區，冬季環境溫度較低，因此在開機前必須打開潤滑油箱電加熱器，對潤滑油進行加熱；同時需要關閉潤滑油冷卻器的外接循環冷卻水，即使無法關閉也應該降低循環冷卻水的流量。

機組潤滑油溫過高主要發生在機組運行過程中。以第一空壓站所用的英格索蘭機組為例，要求機組潤滑油溫必須控制在45～49℃之間，高于49℃則可能造成潤滑油質變差，降低潤滑效果。導致油溫過高的因素較多，且主要發生在夏季。主要原因有氣溫過高、循環冷卻水的溫度較高、油冷卻器堵塞、油冷卻器效率低等。表1是常見的故障原因及解決方案[1]。

表1 潤滑油溫過高的原因及解決方案

1.2 中間冷卻器溫度

中間冷卻器位于多級壓縮機的兩級之間，用于冷卻經前級壓縮機排出的壓縮空氣，起到提高后級壓縮機工作效率的目的。中間冷卻器有壓縮機之肺的形象比喻，它的冷卻效果和可靠性直接影響壓縮機的啟動性能和整機效率。中間冷卻器的冷卻效果不好，還可能會使得某一級葉輪進入喘振工作區，從而導致整個機組喘振。

圖1是在不同的中間冷卻器循環冷卻水溫度下空壓機的性能試驗曲線。由圖1明顯可見，當冷卻水溫度由10℃升至30℃時，空壓機的性能大幅下降 [2-3]。

經過長期的實際操作及調整優化可知，中間冷卻器的溫度以控制在30～38℃之間為宜。溫度過低會使壓縮空氣中的水分大量析出，水來不及排放就會進入下一級，導致機組振動加劇或葉輪損壞；溫度過高則使機組能耗增大、效率下降，并易導致機組末級溫度超高而聯鎖停機。

圖1 空壓機性能曲線

表2是中間冷卻器溫度過高的故障原因及解決方案[1]。

表2 中間冷卻器溫度過高的原因及解決方案

1.3 環境氣溫度

空壓機的壓縮介質是空氣，環境溫度的高低對壓縮機運行也會產生重大影響。如果環境溫度過高，將使機組吸入氣體溫度過高，導致排氣量減少、能耗增大、生產率降低。

夏季蘭州地區的氣溫較高，再加上機組運行中產生的熱量，使廠房內溫度一般在40～50℃之間。針對廠房通風情況，第一空壓站在2005年將廠房上層窗戶更換為鋼制百葉窗，解決了廠房夏季通風問題，使機組的環境溫度控制在一個合理的范圍內。

2 葉輪結垢對空壓機組運行的影響

葉輪表面結垢是空壓機運行過程中的一種常見現象，特別是在入口過濾器長時間使用以后，葉輪表面更易結垢。葉輪結垢會造成動平衡破壞，機組發生異常振動，且振動持續上升，最終導致機組故障停車。為了解決這一問題，曾采取了很多措施。經過反復試驗驗證，以下措施效果較好。

（1）定期清洗葉輪和擴壓器，檢修周期為每年一次。

（2）由于蘭州大氣中的粉塵含量較高，為了減少進入空壓機的粉塵量，適當提高了壓縮機過濾器濾芯的過濾精度。

（3）對入口過濾器壓差加強監測，根據壓差情況及時更換過濾器或清洗濾芯。

（4）加強管道、過濾器等部件的密封，并定期檢查，防止密封不良導致粉塵進入。

3 葉輪磨損對空壓機組運行的影響

在機組檢修時發現，在葉輪上經常發生磨損現象，有時磨損還比較嚴重，如圖2所示。葉輪磨損也會造成動平衡破壞，對空壓機的運行十分不利。經過查閱資料可知，造成葉輪磨損的原因通常是冷凝水、銹渣等雜質進入了葉輪中[2-3]。

圖2 葉輪磨損照片

為了減緩葉輪磨損，采取了如下措施：

（1）給每個中間冷卻器都增加了電子疏水器，確保冷凝液能夠全部排出。

（2）將連接中間冷卻器的疏水器的旁通閥保持一定開度，避免中間冷卻器內的積水進入下一級。

（3）控制中間冷卻器出口的空氣溫度大于30℃，防止過多的冷凝水析出。

（4）對各級的管道內部進行防腐、防銹處理，避免管道產生銹蝕。

經過運行考核證明，這些措施可以有效地減緩葉輪的磨損，提高機組運行的安全性。

4 中間冷卻器堵塞對空壓機組運行的影響

前面已經論述了中間冷卻器冷卻水溫度對空壓機組運行的影響。在空壓機運行過程中，往往還會發生中間冷卻器堵塞的情況，從而造成冷卻水流動不暢，導致空壓機各級排氣溫度急劇升高。經過分析可知，循環水質差是中間冷卻器堵塞的直接原因。表3是中間冷卻器清洗前后空壓機各級的溫度情況。

表3 中間冷卻器清洗前后空壓機溫度參數

從表3可以看出，清洗后空壓機各級風溫均有顯著降低，這對空壓機的安全可靠運行是非常有利的，因此必須定期清洗中間冷卻器。

5 結論

（1）溫度是空壓機的核心運行參數之一，必須對關鍵點的溫度進行監測，確保其在合理的范圍內，否則應當及時采取措施調整。

（2）動平衡是葉輪運轉的必備條件。葉輪結垢、葉輪磨損都會導致動平衡被破壞，從而導致振動升高，嚴重時還可能損害設備乃至發生事故。因此，必須對其進行實時監測，必須采取措施減緩其發生。

（3）中間冷卻器是保證空壓機組長周期穩定運行的核心設備之一，除了需要控制其操作溫度外，還需防止其堵塞。最好設置傳感器監測中間冷卻器的外接循環水的溫度和流量，同時定期清洗中間冷卻器。

（4）影響空壓機穩定運行的因素很多，本文僅論述了第一空壓站實際出現的主要問題，對于其他因素還需要在實際運行中發現和驗證。

[1] 陳宗華，梁曉剛，秦云龍，等.大型離心式壓縮機組常見故障原因分析及處理 [J].石油化工設備技術，2004， 25(1)： 47-52.

[2] 威廉·迪莫普朗.壓縮機指南 [M].薛敦松，汪云瑛譯.北京：烴加工出版社，1988：118-141.

[3] 王志清.離心式壓縮機的調節與保護 [M].北京：機械工業出版社，1983：95-115.