離心式制冷壓縮機組運行故障淺析

商盼

摘 要：丙烯腈裝置離心制冷壓縮機在運行期間出現多次故障跳車現象，經過科學診斷分析，相關人員制定整理了相應的解決方案，采取了相應的措施，排除了機組運行故障，實現了壓縮機組長周期的安穩運行。

關鍵詞：乙二醇；丙烯蒸發器；振動；丙烯；潤滑油；壓縮機組

13萬噸丙烯腈裝置配套制冷機組為美國YORK公司生產的三段離心式壓縮機組，壓縮機型號為M338A7，輸送介質為丙烯，設計制冷量為9699kW。原動機為NG32/25/16型汽輪機，為背壓式蒸汽透平，汽輪機輸出功率為3385kW。該機組于2013年2月份一次開車成功。機組在6年多時間的運行期間多次出現故障跳車現象。經診斷分析，相關人員制定了解決方案，采取相應的措施，逐一排除了問題解決機組運行故障。

1 壓縮機組工作原理

制冷機組以冷凍鹽水為冷媒為裝置輸送冷量，在蒸發器內液態丙烯與冷凍鹽水進行冷量交換，液態丙烯吸熱轉化為壓力500kPa（A）、溫度2 ℃左右氣態丙烯，氣態丙烯經過壓縮機壓縮作功，形成壓力1400kPa（A）、溫度50℃左右的高溫高壓氣態丙烯，丙烯氣體進入冷凝器與循環水換熱，高壓氣態丙烯冷凝成液態丙烯，然后依次進入到高溫經濟器、低溫經濟器通過閃蒸進一步降溫降壓至低溫低壓的液態丙烯，最后低壓低溫的液態丙烯進入蒸發器提供冷凍鹽水的冷量，如此反復循環提供冷量。

2 壓縮機組故障現象

①2014年7月到12月之間丙烯腈裝置配套制冷機組多次因為軸振動VT-24222X/Y同時超過聯鎖跳車值58um跳車。機組制冷系統運行工況差，冷凍鹽水溫度一直無法下降到正常范圍內，蒸發器液位DCS指示值無法與現場玻璃板液位指示值一致；

②2015年1月制冷機組再次跳車，經決定對制冷機組進行大修，對冷凝器、蒸發器射流清洗、更換壓縮機主推力瓦同時進行了油品更換，將原“YORK-C”油更換為“YORK-Q”油；檢修完成后重新將轉子定位，恢復軸位移聯鎖跳車值；同時對冷凝器及蒸發器進行氮氣及氦氣查漏處理，發現蒸發器管板及管束共3處漏點，進行漏點堵漏后機組重新開車。

3 故障原因分析

原因分析如下：

①跳車后相關人員初步分析的原因制冷機組（型號M338A7）采用筒裝瓦，結構上抗振性能不足，潤滑油采用YORK- K油，沒有根據丙烯純度98.5%情況選用YORK-Q油，致使溶解于潤滑油中的丙烯難以逸出，影響機組動壓油膜的正常建立，當機組負荷和油溫發生變化時，易引起油膜渦動，導致振動上升，直至聯鎖跳車；

②制冷機組由于蒸發器管束、管板泄漏，導致冷凍鹽水泄漏到丙烯系統，因水密度比丙烯密度大很多，導致儀表測量的丙烯液位波動大，液位無法控制，機組運行工況惡化，多次跳車；另外少量冷凍鹽水通過丙烯系統竄入到潤滑油系統導致潤滑油帶水，油膜破壞，致使軸瓦潤滑狀況惡化，軸瓦干磨損壞，而軸瓦的損壞會進一步導致機封磨損加大，最終導致潤滑油泄漏。根據蒸發器圖紙資料查的蒸發器管束為10#鋼、管板材質為20#鋼，且管板與管束連接方式為強度脹接，而強度脹接的試用于無過大的溫度變化及無嚴重應力腐蝕的場所。

經分析大冰機蒸發器泄漏原因為：大冰機在跳車后，蒸發器管束內的冷凍鹽水溫度由-2℃冷卻至28℃，溫差接近30℃，而由資料查得10#鋼的膨脹系數為11.16×10-6m/℃、20#鋼的膨脹系數為11.59×10-6m/℃，在機組蒸發器冷凍鹽水溫度上升30℃時，管束膨脹的尺寸為0.334mm、管板膨脹的尺寸為0.347mm，從而導致管板與管束之間有微小的縫隙，多次的溫差變化導致管束與管板的間隙逐漸增大最終導致管板泄露。而管束更換為紫銅后，紫銅的膨脹系數由資料查得為16.7×10-6m/℃，冷凍鹽水溫度上升30℃時，紫銅管收縮變形量為0.501mm，管束與管板的間隙為過渡配合，始終為脹接形式，管板不會出現泄漏情況；

③丙烯蒸發器管束材質為10#鋼時，管束材質等級較低。乙二醇作為在冷寂具有很強的腐蝕性，乙二醇在使用過程中與空氣接觸容易產生氣泡，氣泡在潰滅過程中產生的微射流或沖擊波對設備產生損傷，另外乙二醇含有的羥基本身不穩定，在長期使用中，乙二醇會被氧化成乙二酸，乙二酸會對設備造成嚴重的腐蝕而使之滲漏，丙烯蒸發器碳鋼管束長期在酸性乙二醇溶液中沖刷、腐蝕，導致管束管壁減薄變形，管束與管板連接處慢慢腐蝕擴大，從而導致管束管板泄漏，無法保證蒸發器的長周期、安穩運行，需對管束材質進行升級。

4 故障處理措施

4.1 更換壓縮機冷凍潤滑油

將機組潤滑油由YORK-K油更換為YORK-Q油，保證溶解于潤滑油中的丙烯及時逸出，確保機組動壓油膜的正常建立，減輕油膜渦動對機組的影響。

4.2 丙烯蒸發器更換，材質升級

經研究乙二醇對銅腐蝕性較弱，因此將丙烯蒸發器管束材質升級為紫銅，并于2016年7月進行安裝更換，機組運行至今平穩。2018年3月大修期間，組織施工單位對丙烯蒸發器進行氦氣查漏，檢查管束管板無任何泄漏點。

5 結語

由于乙二醇對設備腐蝕性，致使丙烯蒸發器管束、管板泄漏，壓縮機組故障跳車，壓縮機軸瓦、密封損壞，不但增加設備維修成本，還會產生重大的生產安全隱患，因此對含有乙二醇的生產設備的抗腐蝕工作需要加強，采取有效地監控機防治措施，有效降低維修成本，實現本質安全。

參考文獻：

[1]張長寶，淺冷裝置乙二醇系統腐蝕分析[J].河北化工，2009， 32（3）：50-51.