3EP420-10.7/0.99 型空壓機故障診斷及處理

韓建博

（中國石油遼陽石化公司動力廠，遼寧遼陽 111003）

1 裝置簡介

空壓站裝置為遼陽石化分公司提供動能產品，產品包括工藝風、儀表風、非凈化風，主要設備有3 臺空壓機，8 臺干燥器系統，空壓站裝置由北京化工設計院負責整體設計，1#空壓機采用陜西鼓風機廠設計生產的3EP420-10.7/0.99 型離心壓縮機，由遼寧省安裝公司負責設備安裝與調試，其機組主要零部件設計壽命10 萬h，單機供出壓縮空氣420 Nm3/min。

3EP420－10.7/0.99 型壓縮機（機組概貌如圖1 所示）為水平剖分型結構，分兩段、七級壓縮，主要結構包括帶齒輪增速箱的壓縮機本體、級間冷卻器和潤滑油系統三部分。缸體下部設置2個垂直向下進/排氣口，壓縮空氣經過2 級冷卻器冷卻。主要技術參數：進口流量20 000 m3/h，進口壓力0.097 MPa，進口溫度25 ℃，出口壓力1.05 MPa，出口溫度187℃，壓縮比1:10，轉速11 482 r/min，配套電機型號YK3200-2，電機功率3 200 kW。

圖1 空壓機機組概貌

2 故障經過及診斷

此前該空壓機處于正常停機備用狀態，停機前機組各部振值、溫度、壓力、流量等參數均在正常范圍內。本次接到生產調度指令啟機試運，試運期間因空壓機負荷端軸承YISA1201A/B 振值超標自動聯鎖停車。儀表專業對該點振動探頭進行檢查、測試、清理、緊固等處理，確認儀表探頭完好，間隙電壓符合標準，排除了儀表假信號和誤動作，于是對機組重新盤車確認正常后進行第二次啟機，YISA1201A/B 振值瞬間增大，超過75 μm 聯鎖值，觸發聯鎖停車。應用博華系統測得空壓機試運時負荷端軸承振動頻譜（圖2）。

圖2 空壓機負荷端軸承振動頻譜

分析頻譜圖發現該空壓機存在轉子動平衡破壞情況，又經過查找該空壓機歷次檢修記錄，得知曾多次出現葉輪腐蝕破壞情況，初步判斷為葉輪腐蝕開裂造成轉子動平衡破壞，機組負荷端軸承振動超標自動聯鎖停車。針對壓縮機目前存在的問題，廠主管部門研究決定，對該機組整體解體檢修。

3 拆檢情況

嚴格按照離心式空氣壓縮機的檢修規程進行拆檢，解體時發現機組軸承體及瓦塊均完好，各部間隙符合標準。但上部殼體拆解后發現轉子一、四級葉輪輪盤損壞嚴重；拆解齒輪增速箱后發現高速軸兩端軸承下瓦合金層發生不同程度的燒灼、破損、脫落現象；拆解主機與齒輪增速箱聯軸器時發現聯軸器自鎖螺栓脫落損壞。

3.1 葉輪損壞情況

壓縮機上部殼體拆卸后，經宏觀檢查發現轉子一、四級葉輪輪盤頂部沿氣流流道方向存在貫穿性裂紋，葉輪損壞部位如圖3 所示，各處斷口形狀相同呈V 形，裂紋長度15～30 mm，斷口宏觀形貌有腐蝕色，存在放射狀條紋。

圖3 葉輪損壞部及位斷口形狀

3.2 聯軸器損壞情況

壓縮機主機轉子通過膜片式聯軸器與齒輪增速箱高速軸聯接，解體檢查時發現膜片式聯軸器外觀無明顯變形，但是聯軸器的自鎖螺栓螺帽有脫落，自鎖螺栓有變形損壞。

3.3 齒輪增速箱高速軸兩端軸承損壞情況

齒輪增速箱高低速軸兩端軸承均采用橢圓瓦軸承，拆檢后發現高速軸兩端軸承下瓦合金層發生不同程度的燒灼、破損、脫落現象，燒損部位如圖4 所示，長約29 mm、深1.4 mm。

圖4 增速箱高速軸兩端軸承燒損情況

4 原因分析

4.1 空壓機停機原因

導致1#空壓機負荷端YISA1201A/B 振動升高的直接原因，是由于轉子動平衡失穩。通過拆檢發現，引起本次轉子動平衡失穩的因素，是由于一、四級葉輪損壞，破壞轉子動平衡，并伴隨氣流擾動，引起振動升高。

4.2 葉輪開裂損壞原因

（1）如圖3 所示，葉輪輪盤開裂位置和形狀相似，說明葉輪開裂性質相同。通過圖片可以看出葉輪材料表面腐蝕程度較輕，無全面腐蝕特征，葉輪斷口宏觀形狀為V 形且有腐蝕色，存在放射狀條紋，空壓機運行介質主要是吸入空氣，空氣質量對空壓機的運行有直接影響，因該空壓站裝置鄰近石油化工生產裝置，空氣當中含有大量化工原料，硫及其化合物對葉輪腐蝕影響很大，基本斷定這種開裂與腐蝕有關，應是以與硫元素有關的腐蝕為主。

（2）應力因素：拉應力是產生應力腐蝕斷裂的重要特征。離心式壓縮機葉輪周速很高，承受著因離心力的作用而產生的巨大切向及徑向應力，同時葉輪在運轉時也受到因振動而產生的交變應力。除葉輪運轉產生的巨大應力之外，還存在葉輪內部由于加工制造方法不同而產生的焊接應力、鉚接應力、過盈配合而在軸盤內孔產生的應力以及熱處理應力等。這些應力都會造成葉輪腐蝕開裂。

（3）出現裂紋的一、四級葉輪分別在壓縮機的進氣端，由于進氣端存在應力集中現象，葉輪輪盤頂部為葉輪工作時受力較大的位置，且裂紋的走向基本與主應力方向垂直，據此可以判斷葉輪的開裂是由離心力為主的工作應力與腐蝕介質的聯合作用下發生的應力腐蝕開裂。

4.3 聯軸器及軸承損壞原因

葉輪表面發生應力腐蝕裂紋的時候葉輪的疲勞強度會大大降低，造成葉輪損壞，轉子質量分布不均勻，嚴重破壞轉子動平衡，使壓縮機負荷端軸承振動增大，并導致聯軸器聯接部件脫落，聯軸器部件出現原始性不平衡，從而造成齒輪增速箱高速軸兩端軸承磨損、燒灼。

5 處理措施

5.1 修復轉子

對空壓機轉子一、四級葉輪按照原始設計材料、尺寸重新加工制造，并進行整體更換，對其余各級葉輪進行噴砂、除垢、消磁、無損檢測，對轉子整體進行高速動平衡試驗。

5.2 主要檢修

整體更換空壓機齒輪增速箱高速齒輪軸兩端損壞的橢圓瓦，共計兩件。研磨瓦背，確保接觸面積達到80%以上，刮研瓦面，確保瓦接觸達到80%以上，調整瓦間隙符合配合要求，研磨瓦背調整塊，確保軸瓦間隙；齒接觸頂間隙、側間隙，齒接觸面積，大小齒輪平行度，齒輪軸水平度符合圖紙要求；更換原廠膜片式聯軸器1 套，經對中調整分別在聯軸器兩端加裝1 mm 厚調整墊，確保聯軸器在要求的伸長及壓縮量范圍內工作，充分提高了壓縮機轉子整體平衡精度；更換空壓機空氣吸入濾筒24件，提高介質過濾精度，有效改善吸入空氣質量；在線清洗空壓機潤滑油系統，去除系統管路中的機械雜質及水分，試車前取油樣做全分析檢驗，運動黏度、閃點、水分、傾點、機械雜質、破乳化值等參數均符合標準；油站排油煙機風機檢修，電機更換軸承；空壓機放空閥及防喘振閥校檢。

6 運行情況

該離心式空氣壓縮機檢修后一次啟車成功，電機電流345 A，流量22 200 Nm3/h，出口壓力0.75 MPa，YISA1201A 振值40.8 μm，YISA1201B 振值28.5 μm，其余各部軸承振值均在正常范圍內，瓦溫、油壓、油溫等各項參數均正常，機組整體運行良好，無異聲。通過博華系統測得空壓機試運時各部軸承振動頻譜如圖5 所示，該機組目前運轉狀態正常。

圖5 空壓機試運時各部軸承振動頻譜

7 結語

空壓機轉子葉輪應力腐蝕開裂，導致轉子動平衡破壞，振動增大是造成此次空壓機故障停機的主要原因，為避免類似問題再次發生，確保空壓機能夠長周期穩定運行，建議改造升級葉輪材料，選材時盡量選取綜合機械性能高的材料，選擇應力腐蝕抗力更強的合金鋼材料；增加效果更好的吸入過濾器，或者適當調整過濾器的使用周期，提高空氣過濾精度及效率；加強空壓機的日常維護保養，通過空壓機實際運行工況，調整設備各項參數，嚴格按照操作規程操作；利用在線監測、離線測振和故障診斷技術，對空壓機進行定期的狀態監測，認真分析空壓機各部運行趨勢，發現設備異常盡早調整，及時處理，做到預知檢修，避免事故狀態停機，造成設備損壞。