大型轉動設備運行存在的主要問題及應對措施

溫瑞軍，張飛躍

(國能集團寧夏煤業(yè)有限責任公司煤制油分公司，寧夏 銀川 750411)

0 引言

大型轉動設備在化工裝置連續(xù)運行起著關鍵作用，也是試車、運行、檢修等各個環(huán)節(jié)管理的難度和重點，隨著裝置規(guī)模不斷擴大、智能化逐步提高、長周期穩(wěn)定運行要求更高的發(fā)展趨勢，其重要性越發(fā)凸顯。該類設備往往在開車及初期運行中易存在運行不夠穩(wěn)定、非計劃啟停頻繁、發(fā)生設備損壞等問題。目前裝備制造能力有較大提高，先進監(jiān)測技術被采用，但是要做好該類設備的管理，其核心還是還要從設計選型、優(yōu)化改造、操作維護、保養(yǎng)檢修、人才培養(yǎng)等環(huán)節(jié)進行控制。文章主要從大型轉動設備事故及運行管理中存在的典型問題進行分析總結，力求舉一反三，為保障大型轉動設備穩(wěn)定運行提供可參考的技術及管理措施[1]。

1 大型轉動設備引發(fā)非計劃停機的主要原因

據(jù)不完全統(tǒng)計，某公司自裝置試車以來，60%以上的非計劃停車是因大型轉動設備故障停車導致的，充分說明大型動設備在裝置運行中的重要地位。故障停車主要原因有設計缺陷、管理不到位、操作不當、超負荷運行、檢修質量不合格等。經(jīng)過對近年來某一單位發(fā)生大型轉動設備非計劃停車原因進行統(tǒng)計歸納，主要有四個方面的原因，其中：維護、管理不到位的原因占比約為34%；設計、制造缺陷，零部件質量問題、材質選型不當?shù)脑蛘急燃s30%；操作不當、系統(tǒng)波動的原因占比約為25%；檢修質量不合格的原因占比約為11%。

1.1 維護、管理不到位的問題

因維護、管理不到位等原因導致非計劃停車占比約為34%。

(1)部分機組保護裝置長期處于不完好狀態(tài)。丙烯壓縮機透平，缸體汽輪室壓力導壓管長期堵塞，蒸汽流量儀表不顯示，造成壓縮機透平工作狀態(tài)判斷困難；個別機組的鍵相、溫度、位移等傳感器及卡件損壞，維修不及時，影響機組安全穩(wěn)定運行；機組附屬保護裝置不完備(如部分機組無高位油箱)、控制油系統(tǒng)漏油，造成機組異常狀態(tài)下事故擴大。干氣密封系統(tǒng)泄漏氣管線設置不合理容易堵塞，會造成泄漏氣壓力高而聯(lián)鎖跳車。

(2)機組潤滑油管理不到位。如潤滑油機雜含量超標、往復機油位偏低會造成機組軸瓦損傷。潤滑油站的管理低標準，三級過濾執(zhí)行不到位，不同牌號油品過濾器具混用，新油廢油未分區(qū)存放，甚至造成油品錯用。

(3)蒸汽參數(shù)不符合工藝要求。蒸汽有害成分超標，一類是蒸汽中Si、Cl等離子超標，造成多臺透平轉子腐蝕、結垢甚至發(fā)生葉片斷裂事故；另一類是蒸汽溫度、壓力不符合工藝要求，蒸汽管線進入硬質顆粒等，造成多臺透平動葉片發(fā)生沖刷、水擊損傷。

(4)設備計劃檢修執(zhí)行不到位。因片面追求產量、縮短檢修時間、變更檢修深度或其他原因，造成部分機組及輔機失修。

(5)對機組的應急處置不到位。帶病運行的設備，防護應急不到位、超負荷運行導致事故擴大，或者壓縮機運行中出現(xiàn)的異常參數(shù)應急處置不到位，面對參數(shù)波動。部分人員第一時間想到的是監(jiān)控運行保生產，沒有在第一時間去分析設備本體問題，未能及時停機排查，造成事故擴大化。比較典型的往復式壓縮機氣缸內部進入異物，振動及噪音已有明顯變化，但未及時停機，直到活塞體破損、活塞桿斷裂，事故擴大。

(6)人員專業(yè)水平不足。機組技術管理人員專業(yè)技術水平有待提高，故障判斷不準確。壓縮機由于入口分離罐旁路閥門故障，未準確判斷并排除，導致機組多次啟停。

(7)聯(lián)鎖管理不到位。操作人員對壓縮機聯(lián)鎖邏輯不清楚，操作帶聯(lián)鎖閥門時導致壓縮機跳車。聯(lián)鎖管控執(zhí)行不到位，未嚴格按照聯(lián)鎖分級管控審批，并制定和落實減除連鎖后應急措施，導致實際已達到聯(lián)鎖觸發(fā)條件，但未動作，引起次生事件。

1.2 設計、制造缺陷，零部件質量問題、材質選型不當?shù)鹊膯栴}

(1)運行參數(shù)與設計參數(shù)偏離。費托合成裝置釋放氣(往復式)壓縮機設計參數(shù)與實際運行參數(shù)偏差較大，且管路設計不合理，導致壓縮機振動大、頻繁跳車。

(2)透平驅動蒸汽源不穩(wěn)定。壓縮機透平原設計采用廢鍋蒸汽經(jīng)過熱后驅動，曾多次由于汽源不穩(wěn)定造成機組跳車。

(3)透平局部結構設計不合理。丙烯壓縮機壓縮機透平設計不合理，隔板剖分面處靜葉片強度相對不足，造成靜葉片損壞，進而導致轉子動葉片損傷。

(4)材質選型不當。甲醇裝置合成氣壓縮機因含水的CO2和合成氣混合進入壓縮機，導致碳鋼隔板腐蝕。

(5)泵軸設計不合理。BB5型3級中壓鍋爐給水泵泵軸安裝定位卡環(huán)處太細(軸徑100 mm，卡槽處80 mm)多次發(fā)生斷軸事件。

(6)透平空冷夏季高溫設計余量不足。凝氣式汽輪機乏氣空冷器設計負荷不足，夏季高溫運行時導致真空度高，被迫降負荷，甚至聯(lián)鎖跳車。

(7)機泵設計工況較設計運行工況偏差較大。貧液泵正常運行流量為最優(yōu)流量的40%，且有效汽蝕余量較小，長期運行導致振動大，葉輪嚴重氣蝕。

1.3 操作不當、系統(tǒng)波動造成的問題

(1)啟機前未進行靜態(tài)調試。丙烯壓縮機組因系統(tǒng)原因停機后重啟時，未按操規(guī)進行靜態(tài)調試和啟動條件確認，導致調節(jié)閥閥桿損壞。

(2)啟機過程中閥位控制。空分增壓機導葉控制閥閥位誤操作，導致增壓機喘振，機組跳車。

(3)壓縮機運行過程中監(jiān)盤不到位，異常工況未及時處理。循環(huán)氣壓縮機二段入口分液罐前工段液相監(jiān)控不到位，導致入口分液罐液位高而聯(lián)鎖停車；因監(jiān)盤不到位，原料氣壓縮機透平熱井凝結水排液不暢導致熱井高液位聯(lián)鎖跳車。

(4)中控按鈕集中布置，誤操作。因中控室操作按鈕集中布置，操作時按鈕按錯，導致其他機組非計劃停車。

1.4 檢修質量控制不到位的問題

(1)檢修問題判斷不準確，方案制定不合理。檢修前對機組存在的主要問題判斷不準，檢修項目確定及檢修方案制定有一定盲目性，造成主要檢修目的未達到，甚至導致設備檢修后不能正常開車，如：發(fā)電機組減速機推力軸承溫度高，返工多次才得到改善。透平調速器外委拆檢維修后，油動缸行程調整不當，導致機組無法正常開車。

(2)檢修質量把關驗收不嚴，造成設備檢修后狀態(tài)不佳。聚甲醛固液分離機組因裝配間隙不合格，檢修后開車時轉子抱死。貧液泵軸瓦間隙偏大，導致機泵振動超標，聯(lián)鎖跳車。

(3)檢修關鍵參數(shù)數(shù)據(jù)不清楚或者把關不到位，導致檢修返工。BB5型式的多級離心泵，安裝時串量間隙太小，導致機泵裝配后盤車不靈活，最后被迫返修處理。

2 典型問題處理措施

文章主要結合往復式壓縮機自試車、試運行、正常運行、維護保養(yǎng)、計劃檢修等過程問題處理為出發(fā)點進行分析總結。具體以沈陽透平機械股份有限公司的六列對稱型平衡往復式壓縮機，6個氣缸對稱分布在曲軸箱兩側，其中一段壓縮有3個氣缸，布置在左側，二段壓縮有2個氣缸、三段壓縮1個氣缸布置在右側。運行之初，存在設備及管道振動大，軸瓦損壞頻次高，實際工藝氣量較原設計偏少、偏輕，導致入口氣量偏低，且波動大等一系列問題，導致壓縮機無法運行。結合實際運行情況，最終實施以下改造，實現(xiàn)機組安全穩(wěn)定運行[2]。

2.1 優(yōu)化工藝操作

盡量增加入口氣量。

2.2 管線加固

聯(lián)合設計院、高校對振動管道及結構進行分析，并對壓縮機一回一管線、一級進出口管線、二回二、二級進出口管線、三級出口管線等增加了管道報卡加固，且報卡內部增加緩震墊，同時管道支架、支撐盡可能落地生根。

2.3 增加減震孔板

在壓縮機一級入口靠近缸體側、出口靠近緩沖罐法蘭處，二級出口緩沖罐出口法蘭增加了限流，改善進出口氣體的穩(wěn)定性，減少氣流脈動，引發(fā)緩沖罐振動。

2.4 增大一級入口緩沖罐，改變一回一管線布置

將壓縮機一級入口分液罐容積增大10倍，提高入口氣量，并同步將配套管線進行重新布置。

2.5 調整一級氣缸余隙

根據(jù)氣量偏小的實際工況，增大壓縮機一級氣缸的固定余隙，以減少一級回流，最終通過計算在一級缸蓋處增加70 mm厚墊環(huán)，同時可以減緩氣缸排氣時發(fā)生的脈沖流量波動和管線振動。

2.6 優(yōu)化附屬設施，確保薄弱環(huán)節(jié)安全

振動過程中承插焊法蘭結構形式的導淋閥容易在焊縫處斷裂，改造為整體鍛造閥門，減少閥門斷裂的風險。切割原緩沖罐部分支腿，減少支腿過長在運行過程中擺動造成的應力集中，降低拉裂罐體的風險。對與機組相連的冷卻水等接管連接改為金屬軟管連接。每月對各導淋、預留口法蘭焊縫進行滲透檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷，降低事故發(fā)生率。

2.7 一入口分液罐增加高效分離內件

根據(jù)工藝氣體中含有較多雜質，液含量波動較大，還有結蠟等特點，考慮到穩(wěn)定操作，大含液量碰撞，所以在一級入口分液罐增加高效分離器，并采用了高效雙袋型分離葉片的結構形式，分離器進行垂直布置錯流操作，大大降低所需葉片面積和液相二次夾帶。通過實際運行分液效果明顯，氣閥固體顆粒堵塞現(xiàn)象減輕，壓縮機整體液含量降低30%，固體含量降低80%以上。

2.8 制定完善的檢修及維護計劃，確保設備長周期運行

(1)制定合理的小、中、大修周期及深度，并且嚴格執(zhí)行。小修(累計運行時間60～90天)，檢修內容主要結合壓縮機運行中出現(xiàn)的一些小故障進行排除和修理，如氣、水、油系統(tǒng)出現(xiàn)的滲漏現(xiàn)象；各連接部位的螺栓松動、氣閥故障等；以及不正常的振動、響聲、過熱、軸瓦溫度高等現(xiàn)象。中修(累計運行時間5～7個月)包含小修內容并對填料、氣閥、活塞、各軸瓦等部件進行檢查，視磨損情況進行修復或更換。大修(2年)包含中修內容，并增加檢查曲軸、連桿主要幾何精度、尺寸和磨損情況及有無裂紋，機組總體對中情況，電動機及其他附屬設備檢修，大修期間必須對一些部件進行更換，主要有：所有易損件(活塞環(huán)、支承環(huán)、填料密封環(huán)、氣閥)，連桿螺栓；十字頭液壓連接緊固裝置中的承壓膠圈；主軸瓦、連桿大頭瓦、小頭套。

(2)開展科學的狀態(tài)監(jiān)測及特護工作。針對壓縮機機身振動、氣閥溫度、主軸瓦溫度、活塞桿下沉等設置狀態(tài)監(jiān)測點，定期監(jiān)測并進行監(jiān)測診斷。實行包機制，負責技術員每天要查看機組運行參數(shù)，對異常參數(shù)等進行分析處理。制定“機、電、儀、管、操”五方聯(lián)合特護小組，明確特護職責、內容、獎懲等辦法，建立起長期、規(guī)范的維護制度，針對易發(fā)生問題的薄弱環(huán)節(jié)明確巡檢制度。

通過上述前4項措施解決了壓縮機一、二、三段負荷不匹配和設備、管線振動的問題。設備及管線振速降幅明顯，一級出口管線由原來26 mm/s降為13 mm/s；二級出口管線由原來51 mm/s降為18 mm/s；三級出口管線由原來59 mm/s降為20 mm/s，能夠穩(wěn)定運行。后3項實施以來壓縮機運行趨于好轉，且實現(xiàn)良性安全運行。

3 保障大型轉動設備穩(wěn)定運行主要管理措施

3.1 做好問題分析、改進及總結工作

客觀分析問題發(fā)生的本質原因，完善大型動設備操作規(guī)程，明確開停車審批流程；非正常停機的大型動設備，原因未經(jīng)查明不得啟機。從工藝、設備、安全等不同維度注重典型問題的收集整理，制定切合實際的防范措施，并持續(xù)檢查、監(jiān)督措施落實情況。

3.2 優(yōu)化工藝操作，開展設計“回頭看”

設備運行各項參數(shù)(工藝/設備)靠近設計指標，并形成標準化操作規(guī)程，降低工藝原因對設備運行的影響。做好公用系統(tǒng)的生產保障，防止因蒸汽、脫鹽水質量不合格造成機組損壞或性能不良。精心操作，確保裝置穩(wěn)定運行，減少系統(tǒng)原因造成的設備非計劃停車，同時避免緊急狀態(tài)停車造成設備壽命縮短及故障。

3.3 做好日常維護管理，特別是對大機組要進行特護

應建立生產車間、廠機動部門、公司機電部門三級管理和監(jiān)測體系，選配離線設備監(jiān)測儀器，實現(xiàn)生產車間全面點檢，專業(yè)技術人員應每日查看機組運行參數(shù)，機動管理部門精密點檢、故障診斷機制；充分應用狀態(tài)檢測手段，健全基層單位大型機組監(jiān)測臺賬及分析報告，逐步做到機組預控管理和預知維修。每一到兩個月要進行潤滑油分析，必要時進行全分析，為是否更換潤滑油提供技術支撐(機組完好穩(wěn)定的狀況下，品質好的潤滑油可運行6～9年，甚至更長)。定期開展機、電、儀、管、操五方聯(lián)檢工作，按月召開大機組特護例會，總結并制定長周期、穩(wěn)定運行措施，逐步提高機組運管水平。

3.4 加強隊伍建設及人員培訓工作

目前普遍存在專業(yè)技術管理人員流動過快、管理經(jīng)驗不足，忙于事故發(fā)生后的處理，對事故的預防缺乏有效的技術支持。要開展“人人上講臺”模式培訓，倒逼全員學習，管理人員對操作人員針對性地開展設備操作、維護、典型案例等培訓；充分運用專利商、設備供應商專業(yè)優(yōu)勢開展專題培訓，積極到行業(yè)領先企業(yè)對標學習，拓寬管理思路，掌握解決問題能力、提高專業(yè)人員技術水平。

3.5 針對有運行瓶頸的大型轉動設備開展攻關活動

成立工藝、設備、電氣、儀表、安全等專業(yè)攻關組織機構，從人員職責、數(shù)據(jù)收集、操作維護、檢修改造等方面編制攻堅內容，并組織實施，同時要加強與制造商、設計院溝通，逐步解決制約運行的瓶頸問題。

3.6 堅持計劃及預防性檢修

根據(jù)說明書及機組運行狀態(tài)，制定計劃檢修實施方案，明確檢修標準、周期、深度、備件儲備原則等內容，并嚴格按照計劃進行實施，類似干氣密封部件，每次檢修必須更換，并且對配套管線附件進行檢查，對于裝置新投用的無備機的壓縮機、透平等，在投用三年內要有針對性的進行計劃性拆解，查看內部運行狀態(tài)，以便精準判斷系統(tǒng)運行情況，更好確定后續(xù)計劃檢修方案。

3.7 開展標準化檢修，保障大型轉動設備檢修安全質量

制定設備分級原則，根據(jù)系統(tǒng)重要及檢修難易程度確定設備類別，依次劃分為公司級、廠級、車間級。推行工藝交出、檢修過程、試車總結全過程的標準化檢修作業(yè)程序，從工藝、設備、安全角度編制標準化檢修作業(yè)包，其中檢修過程包括檢修周期及內容、檢修工序及技術標準、質量驗收等重要步驟，強調“步步檢查、步步確認”。可以通過選樹典型、觀摩、總結、推廣、評比，持續(xù)推動標準化檢修工作。

3.8 嚴格重要設備的聯(lián)鎖管理

制定聯(lián)鎖管理制度，設置合理的聯(lián)鎖保護系統(tǒng)及定值，機組相關聯(lián)鎖嚴格執(zhí)行一事一批，同時排查聯(lián)鎖邏輯不合理及單點聯(lián)鎖等隱患，發(fā)現(xiàn)問題及時整改處理。嚴格聯(lián)鎖投用與解除審批程序，嚴禁未經(jīng)科學論證和審批程序，擅自修改聯(lián)鎖設定值。

3.9 做好備件管理

在設備采購開始前應制定易損件儲備及采購統(tǒng)一原則，此時的備件費用價格較低。生產準備期間根據(jù)工藝特性應梳理備件的儲備及消耗定額，投入生產運行后，根據(jù)設備說明書、設備運行狀態(tài)及備件采購周期進一步修訂備件儲備及消耗定額。到貨的備件關注質量驗收環(huán)節(jié)，針對獨家、進口長周期備件提早進行替代工作。

4 結語

大型轉動設備的“安全、穩(wěn)定、清潔”運行，是一項長期、艱巨的工作，也是一項系統(tǒng)性工程，需要工藝、設備、自動化等各個環(huán)節(jié)的配合，要按照設備全員管理理念，在設備運行的不同階段采用不同的措施進行針對性管控，通過主動維護、預防性檢修、提高檢修質量、風險管理等措施保障大型轉動設備運行；采用智能化手段、提高人員專業(yè)技能等使大型轉動設備發(fā)揮更大效能；通過優(yōu)化備機儲備，逐步降低設備維護檢修費用；通過不斷修改、完善大型轉動設備操作規(guī)程、檢修規(guī)程和管理制度，關注工藝運行參數(shù)的變化及裝置運行的實際工況，不斷優(yōu)化機組的運行環(huán)境。任何一個環(huán)節(jié)出問題都可能會導致具體設備問題，后續(xù)要建立全專業(yè)的團隊來分析和解決大型機組運行問題，最終確保該類設備“安全、穩(wěn)定、清潔”運行。