英格索蘭空壓機三級振動聯鎖停機故障處理

孫 緒

（中國石油錦西石化分公司，遼寧葫蘆島 125001）

0 引言

某石化企業供風裝置負責全廠儀表風的供給，主要產氣設備為4 臺離心式空壓機組，其中3 臺為沈鼓產水平剖分式離心壓縮機，另外1 臺為英格索蘭公司生產型號為C150MX3 行星式離心壓縮機組，該機組2005 年投用，出口設計壓力0.8 MPa，額定流量25 440 m3/h，電機功率2424 kW，電機轉速1500 r/min。

1 問題

2018 年7 月14 日，供風裝置英格索蘭空壓機正常運行中三級振動突然由0.01 mm（0.431 mil）上升至0.03 mm（1.16 mil），導致壓縮機組因軸振動高導致聯鎖停機。崗位員工及時變換流程，開啟備用的2#和3#空壓機組，因應急措施得當，未對全廠造成生產波動。

2 原因分析

2.1 故障現象

在空壓機組停機之前機組操作一直穩定，通過調取PLC 歷時趨勢畫面發現機組在停機前各項參數如軸承振動、軸瓦溫度、排氣溫度、排氣壓力及電流等參數均正常，潤滑油溫度及壓力均保持穩定，三級軸承振動是在非常快速情況下上升波動導致聯鎖停機。

2.2 故障原因分析

英格索蘭空壓機組的振動異常通常由以下幾方面導致：轉子動平衡不良、機組發生喘振、齒輪或軸承磨損、機組入口過濾器過濾效果不好、潤滑油系統影響、級間冷凝液沖擊葉輪、儀表誤報等。

2.2.1 轉子動平衡不良

轉子動平衡問題是英格索蘭機組振動升高的主要表現形式，當遇到三級振動高導致跳停故障，車間首先想到的是壓縮機三級轉子動平衡問題，機組在拆解之后立即聯系英格索蘭廠家將三級轉子運送至英格索蘭上海售后服務中心進行動平衡測試，但動平衡測試結果發現雖然在1204 r/min 和2107 r/min 均有不平衡量存在，但是不平衡量數字都在允許范圍內，不會導致三級振動高到聯鎖跳停，所以由此可見動平衡問題不是本次故障發生的主要原因。

2.2.2 機組喘振問題

喘振是離心壓縮機在流量減少到一定程度時所發生的一種非正常工況下的振動，由于葉輪內的氣流強烈的周期性脈沖振蕩，導致設備本體發生劇烈振動，嚴重情況可能導致軸系及密封組件破壞，從而造成非計劃停車的設備事故。根據崗位描述壓縮機在停機之前并沒有聽到喘振的轟鳴聲，并且經過PLC 歷時趨勢的查看，在三級振動高聯鎖停機之前，趨勢曲線并沒有發現喘振導致振動升高的曲線變化，停機之前振動一直比較平穩，且在三級振動異常升高時，一級和二級振動基本保持穩定，因此可以判斷機組喘振不是造成振動升高導致聯鎖停機的原因。

2.2.3 齒輪或軸承磨損

英格索蘭空壓機為行星式結構，電機帶動大齒輪工作，大齒輪通過與三級從、小齒輪嚙合，通過齒數比來給不同級的葉輪帶來不同的轉速，從而將空氣壓縮至需求壓力，齒輪接觸面不足，會使齒輪偏載造成工頻振動。一般情況下要求接觸面不低于85%，由于C150MX3 空壓機為2005 年投用，一般三年為一個周期進行輪修一次，自2016 年檢修后，調取機組歷史趨勢發現各級振動一直比較平穩，其中三級振值保持在0.43 mils 左右，并且在本次故障停機后經過維修人員對三級轉子及軸承進行拆解觀察發現推力軸瓦及轉子嚙合齒輪均沒有明顯磨痕，基本可排除軸承或齒輪磨損導致三級振動異常的可能性。

2.2.4 機組入口過濾器的影響

空氣中存在一些微小的粉塵顆粒，在空氣相對濕度較大情況下如果沒有被入口過濾器隔離掉就會被帶入空壓機葉輪中，在空氣被壓縮過程中，產生的高溫高壓氣體就會作用在這些粉塵顆粒上使其燒結在葉輪表面，造成葉輪積碳，導致轉子動平衡遭到破壞，從而影響軸瓦振動。但在供風裝置英格索蘭采取二級過濾方式，一級采用ZKG-850 型自潔式過濾器，二級采用3ACⅡ-2F 型精密過濾器，空氣經過兩級過濾后精度＜2 μm。并且在機組拆解時未發現葉輪表面存在明顯積碳痕跡，由此可排除入口過濾器的影響。

2.2.5 潤滑系統的影響

潤滑油酸值的升高和機械雜質數量的加大會對密封和軸的磨損造成很大影響，磨損程度越大，表面光潔度越低，振動數值越高。英格索蘭機組采用的是昆侖公司生產L-TSA32 防銹汽輪機油，每月都進行潤滑油的主要指標分析均符合質量指標，分析結果見表1。

表1 潤滑油的主要指標

2.2.6 級間冷凝液沖擊葉輪的影響

機組在壓縮空氣過程中會析出大量水分，使空氣的相對濕度高于50%，含有水分的空氣會作用在轉子葉輪、氣封、擴壓器以及碳鋼的級間冷卻器前腔體內就會產生吸氧腐蝕。在機組長期運行中碳鋼部件腐蝕出的氧化物以及大量水分會隨高壓空氣帶入葉輪中，水滴和鐵銹撞擊葉輪造成轉子動平衡破壞。水分的析出和腐蝕產物的形成會隨大氣相對濕度的升高而加劇，所以機組級間冷凝水及時排除尤為重要。供風裝置K1英格索蘭機組為2004 年投用，投用至今一直使用原機配套浮球式自動脫水系統，由于多年運行，浮球脫水器已銹蝕嚴重，經過多次修理已不能達到自動脫水效果，崗位員工一直采用側線手閥，根據季節和機組冷凝水量進行手動脫水，因季節不同每天不同時段空氣濕度不同，導致每一級壓縮空氣的析出水量會時時變化，同時級間冷卻器前腔體內的腐蝕產物偶爾也會隨氣流帶到排水閥處，造成排水閥堵塞，排水量減少，這時就需要及時調節側線排水手閥開度，英格索蘭壓縮機的二級出口壓力在0.3 MPa 左右，在此壓力下冷凝水的析出量最大，如果調節不及時，部分冷凝水就會被帶入三級葉輪，極有可能是造成本次三級振動高導致連鎖停機的原因。

3 解決措施

根據導致連鎖停機問題原因的排查及分析，發現級間冷凝液排凝不暢導致冷凝水帶入下一級葉輪，對葉輪造成沖擊從而引起振幅升高，車間立即采取措施，在2019 年車間根據多方考察調研，對比多種疏水器的結構和原理，最終選定英格索蘭公司原廠自動脫水器（氣動無損閥門），如圖1、圖2所示，該疏水器有很多優點如下：①該自動脫水器易于安裝，運行中不需要電能，預先設定好開關閥水位，期間也可手動測試；②采用獨特的空氣壓桿聯動閥門開關設計，避免使用磁力開關造成金屬粒子的吸附；③具有創新的球閥支撐和定位系統，防止側面受載，避免閥桿周圍發生早期密封故障；④排水球閥位4 分閥門，流通孔徑12.7 mm，避免水垢和鐵銹堵塞；⑤其結構特點只排水不排空氣，避免大量壓縮空氣的浪費。

圖1 自動脫水器外觀

圖2 自動脫水器內部結構

自動脫水器經過確定后于2019 年6 月購買更新，投產至今運行良好，各級振動值平穩，沒有出現過振動超標導致故障停機的狀況，本次改造解決了原排水系統不穩定造成級間帶水影響機組振動可能導致機組停機的可能性，同時解決了原脫水系統排水時浪費壓縮空氣同時產生大量噪聲問題。

4 結束語

供風裝置英格索蘭空壓機組由于三級振動突變導致機組連鎖停機主要原因為：級間自動脫水系統故障，不能及時將級間冷凝水排出從而帶入三級葉輪，破壞了三級轉子動平衡，造成振動超標導致機組連鎖停機。經過多方調研改造機組的三級冷凝液排出系統，更換新型的自動脫水器，使級間冷凝液能夠及時排出，徹底解決機組運行中的不安全隱患，保證英格索蘭機組的長周期安穩運行。