循環氫壓縮機運轉故障分析

馬婷，褚學文

（沈陽鼓風機股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

背景分析：在查找原因時，發現進口管路中的管道過濾器損壞，將濾網吸入轉子第一個葉輪中。此次還引起轉子彎曲、各密封損壞。找到原因后，通過制定修復工藝方案和更換損壞配件，將轉子在旋轉喘振時所損壞的支撐軸承、推力軸承更換，對轉子彎曲進行了矯直，確保其幾何形狀及公差。同時在修復過程中，為確保設計尺寸及公差的要求，又制定了修復加工方法及注意事項，以確保產品質量。如圖1為機組裝置布置。濾網被吸入轉子首級葉輪中，出口管路內未發現異物存在。由此可以判斷引起本次機組開車過程中進口端振動值大而跳車（超過88.9μm），出口端振動值也高出報警值（超過63.5um）的原因是由轉子葉輪被吸進異物所致。下圖為現場拆檢后損壞的管道過濾器殘骸，如圖2所示。

圖1

圖2

BCL408/A循環氫壓縮機性能參數如表1。

表1

1 進出氣管路內的質量控制檢查

首先對機組進出口管路進行拆檢查驗，經拆檢查驗發現進氣管路中的管道過濾器有銹蝕和撕裂損壞。并有大部分過

針對管道過濾器的損壞進行了質量分析，發現濾網有銹蝕堵塞現象存在。經過分析得出以下結論。

（1）機組停機時間長（1年有余）。

（2）機組和管道沒有做氣體保護。

（3）開車前未對機組進出氣管道過濾器進行拆檢查驗。

（4）由于長時間停機存放，機組和管道進入濕氣，致使管道內壁和濾網有銹蝕、起皮。當機組開車的時候，在介質氣流壓力的沖刷下將銹蝕、起皮斑塊帶入過濾網上的小孔上，并將部分濾網小孔堵塞，影響了氣體進氣流量和壓力，從而造成機組進氣量不足，而引起機組的進氣管道喘振，因此將濾網吸入損壞。同時此事故也造成機組內溫度升高，影響轉子運轉的穩定性（包括氣體溫度、流量、壓力、軸振動等參數）。

對于損壞的管網過濾器進行了重新的選型。在選型時要充分考慮機組的氣體流量、壓力，同時也要考慮濾網的公稱直徑DN、長度、濾網小孔直徑大小（目數）、濾網連接形式等參數。

找到引起機組振動跳車的原因后，在回裝前按照石油化工標準對機組進出氣相應管路進行氣密性打壓檢查，至符合氣體打壓（工作壓力的1.5倍），水壓試驗（工作壓力的1.25倍）合格要求。對損壞的進口管道過濾器進行更換。

2 對轉子的質量控制檢查

對于這次機組停車事故，針對被吸入的異物及轉子的振動值超報警值的情況，決定對轉子進行以下幾方面質量檢查。

2.1 對轉子軸的質量控制檢查

（1）徑向跳動的檢查。因異物吸入到轉子葉輪進口流道（推力軸承側）中，致使加大了轉子的不平衡性，同時對轉子軸造成瞬間的沖擊，嚴重影響機組轉子的平穩性運轉，造成轉子振動值超差，聯鎖停車。

對機組拆檢查驗，發現轉子兩側軸端密封磨損、出口端平衡盤密封內孔軸封磨損和碰撞。基于此將轉子放在臥車床上進行檢查轉子徑向跳動，發現轉子入口端軸頸徑向跳動值最大，在0.18mm，出口端最小在0.06mm。

（2）處理的方法。對轉子上述各密封磨損處進行目視化檢查和測量，針對實際磨損情況制定修復方案。

實際查驗結果：葉輪口圈、軸封套磨損痕跡呈不均勻、不規則的圓周溝痕。最深處有溝痕0.5×1.5寬，局部粘有鋁密封殘留痕跡。

處理方法：對轉子軸進行矯直（包括軸火焰矯直和靜、動平衡），對密封處局部粘有鋁密封殘留痕跡進行紗布或油石、銼刀進行處理，對于嚴重的軸套進行更換、激光熔覆或刷鍍。

2.2 對葉輪的質量控制檢查

（1）葉輪的檢查口圈跳動檢查。在轉子上進口端一級葉輪吸入異物（因氣體進口管道過濾器損壞撕裂），造成轉子振動，故需對轉子上各葉輪部件進行目視化和量具檢測。所以將轉子放在臥車上對各葉輪口圈進行徑向和端面跳動檢測。

經過目視檢測發現一級葉輪進口處因金屬異物吸入卡澀在其中，將入口蓋盤圓弧和葉片撞擊，造成該處研痕、葉片有5處不同程度上開裂現象，其余葉片也存在大小不均的毛刺。

用百分表進行軸上各葉輪進行徑向和端面跳動檢查，發現被吸入的一級葉輪口圈徑向跳動很大，最大在1.8～0.75mm，端面跳動在0.65mm。其余葉輪變化不大，跳動值在0.05mm以下，基本符合要求。

同時還對其余葉輪進行目視檢查無異常現象。

（2）處理方法。將一級葉輪從主軸上拆下，對葉輪進行全面著色檢查（軸盤、葉片、蓋盤焊接處），結果除上述5處有裂紋外，還有3處存在隱形裂紋。將葉輪存在的質量問題（按照葉輪焊接工藝文件及檢測標準）編制焊接、加工修復工藝文件進行修復，這里包括焊接、應力去除、著色檢驗、加工等工序。

同時還對其它葉輪也進行著色檢測無異常現象。

將上述葉輪和主軸上各零部件嚴格按照轉子裝配工藝組裝在一起，并對轉子進行徑向跳動檢查其值控制在0.03mm，然后對其進行動平衡，保證轉子動平衡精度在0.5mm/s。

3 機組開車要領注意事項

對于此次發生事故的機組，除了對轉子做好動平衡精度保證及軸承裝配精度、各密封間隙外，在初次開車時一定要注意緩慢機組升轉速，從而達到工作轉速（如果是代用氣體還要進行介質氣體密度的換算，計算出最高升轉速值）。同時做好機組升速過程中的操作要領和注意事項。

該裝置是由汽機和主機組成的，如圖1所示。從造成此次機組事故的分析原因主要是進口管道過濾器損壞而停機，而致使該主機轉子軸發生彎曲、部分葉片焊口有裂紋、一級葉輪口圈變形等質量問題。所以根據機組停車時間較長、又發生此次事故。對初次開車時要對整個升速過程分成幾個區段進行，其目的使主機轉子軸進行動態熱應力和離心力的釋放，在汽輪機旋轉驅動的作用下，通過聯軸器傳遞從而使轉子軸系從低速到高速回歸成一條旋轉水平軸心線。所以要對機組轉速制定整個升速過程曲線（包括汽機暖機、初次升速、每個轉速時間控制、速率、臨界轉速掌控、工作轉速及代用氣體轉速）。

在整個升速過程中嚴格按照開車升速曲線進行，具體如表2。

表2

根據這次試車的結果，體現了整個檢修過程及檢修方案制定是正確的。尤其是開車過程嚴格按照升速操作要求去做，使轉子殘存應力得到了充分釋放，先后經過3次開車也得到了進一步檢驗和證實。機組進行72h的機械和帶負荷運行各項參數指標滿足API617標準要求。

4 結語

綜上所述，對該機組修復后的轉子（因是BCL機組結構），在回裝時特對機組上損壞的支撐軸承、推力軸承、各密封進行全部更換，并進行了重新檢測來滿足壓縮機裝配要求規范。在用戶現場進行回裝，經過調試，機械運轉及氣動性能參數達到設計要求規范（振動、頻譜、溫度、位移值、流量、壓力、轉速穩定）。所以對轉子這次關鍵各零部件的檢修、裝配及修復，嚴格執行相應的修復、加工工藝過程及手工修復方法，達到合格要求并得到用戶的肯定。