一起VK50-3離心壓縮機組振動異常的分析與處置

王兆鑫

（金川集團股份有限公司，甘肅金昌 737100）

0 引言

金川集團股份有限公司公司1臺VK50-3離心壓縮機是14 000 Nm3/h制氧機組主空壓機，由西門子公司設計制造，采用三級壓縮二級冷卻，入口有國產自潔式過濾器。該設備的工作介質為空氣，進口流量106 870 m3/h，出口壓力0.64 MPa；電機功率7100 kW，轉速1500 r/min；一級振動和二級振動均為75 μm報警、90 μm 跳機，三級振動為 65 μm 報警、85 μm 跳機。設備于2002年投運，每運行3萬h解體檢修1次。

1 故障現象

2018年6月18日7：20至8：40，壓縮機出現二級X向振動值（15～46）μm、Y 向振動值在（18～42）μm 波動的異常現象；同時壓縮機一級、三級振動同時出現小幅波動，運行聲音也出現異常，一級氣體冷卻器氣側排水量增加。8：40至9：10，壓縮機出現二級X向和Y向軸振動值最高分別上升到58 μm和52 μm（圖1）。對空壓機冷卻器氣側排出的水取樣化驗，硬度為30 mol/L，懷疑壓縮機氣體冷卻器泄漏引起二級X向和Y向軸振動來回波動。

圖1 壓縮機二級軸振動運行趨勢

2 原因分析

10：20 開始，制氧機組各系統逐步退出運行，11：06，空壓機正常停車。停車后一、二級氣體冷卻器氣側排出水分顏色變為藍綠色，用試紙檢驗pH為4、呈酸性（圖2）。壓縮機停車后檢查各級軸振動探頭，無異常；對一、二級氣體冷卻器水壓試驗，未發現泄漏。拆除壓縮機二、三級入口管道，發現一級冷卻器頂部、捕霧器表面及出氣管口、二級入口彎管內有大量粘結物，二級葉輪及其迎風面也有大量粘結物（圖3）。粘結物取樣后，磨成粉，大部分溶于純凈水，用試紙測得pH為9。隨后對壓縮機一、二、三級軸承及一、二、三級葉輪進行檢查，各級軸承和一、二、三級葉輪正常。

圖2 壓縮機冷卻器排出水

圖3 二級葉輪迎風面粘結物

針對壓縮機上述現象進行分析，是葉輪表面粘結物脫落，導致二級葉輪動平衡破壞，造成壓縮機二級軸振動大幅波動。對冷卻器氣側綠色排水及粘結物進行化學分析，結果如表1、表2所示。其中，排水中H+含量為0.01 mol/L。

表1 冷卻器氣側排水中離子種類及其含量 g/L

表2 粘結物中離子種類及其含量

從表1和表2可以看出，粘結物的主要形成以及造成冷卻器排水顏色異常的原因主要是：空氣中的SO2，H2O及O2進入冷卻器后，與冷卻器銅翅片中的銅元素發生化學反應，形成硫酸銅CuSO4，構成化學腐蝕。同時，空氣中的O2，Cl2及CO2同樣與銅翅片發生化學腐蝕：Cl2+Cu→CuCl2，O2+Cu→CuO，CO2+Cu+O2+H2O→CuCO3+H2O。腐蝕過程會產生亞硫酸銅、次氯酸銅、碳酸銅等中間產物，但最終會生成穩定的銅鹽、氯化銅及硫酸銅，附著在一級冷卻器頂部、捕霧器表面及出氣管口、二級入口彎管、二級葉輪。另外，空氣中的水分可成倍加速以上3種氣體對銅翅片的腐蝕速度。

從14 000 Nm3/h制氧機組運行外圍環境分析，機組廠房四周都是冶煉廠和化工廠設施，南面是冶煉廠閃速爐涼水池，其水中含有大量的Cl-，Na+及SO42-等離子；西面和北面是冶煉廠鎳電解的余氯吸收系統和碳酸鈉粉末儲罐，東面是化工廠硫酸系統。壓縮機加工的空氣中雜質亞硫酸鈉、硫酸鈉液霧含量較多，這些液霧經過壓縮機一級壓縮后，在冷卻器上脫水析出形成結晶體附著在出口管道及二級葉輪表面。

因此，造成壓縮機出現以上問題的主要原因，是周邊冶煉化工單位的生產系統排放物過多。

3 故障處置

拆除空壓機二級蝸殼型環和插件后清理葉輪表面粘結物后對二級葉輪表面實施著色探傷，結果顯示葉輪表面狀況良好。清理冷卻器頂部、出氣管口及二級入口彎管粘結物，并對其做防護處理后回裝。清除一、二、三級軸承表面積碳回裝。壓縮機檢修結束并于6月22日啟動，各級振動值恢復到了原正常運行指標，且運行數據穩定。