浅析壳牌煤气化激冷气压缩机故障原因及处理措施

田森

河南龙宇煤化工有限公司 （河南永城 476600）

化工设备

浅析壳牌煤气化激冷气压缩机故障原因及处理措施

田森

河南龙宇煤化工有限公司 （河南永城 476600）

对壳牌煤气化激冷气压缩机运行中出现的若干问题及事故进行了介绍，分析了发生的原因并给出了解决措施，最终取得了良好效果。

激冷气压缩机 振动 油温 高速轴

0 前言

激冷气压缩机是壳牌煤气化U-1300气化单元的关键设备，激冷气压缩机一旦出现问题，将给壳牌煤气化装置的安全生产带来很大的威胁。

某壳牌煤气化所使用的激冷气离心压缩机为沈阳鼓风机（集团）有限公司生产，型号为SV12-M，压缩介质为两股气体的混合气，一股是过滤后的壳牌气化炉产生的合成气，另一股是过滤并经水洗后的壳牌气化炉产生的合成气，通过两股气的混合控制压缩机介质的温度。

自2011年7月该激冷气压缩机投用后，激冷气压缩机在运行过程中不断出现问题，该厂的技术人员认真分析了故障原因，并成功地对该设备进行了技术改造，优化了操作规程，实际运行考查表明，改造效果良好。

1 激冷气压缩机简介

激冷气压缩机机组由压缩机、液力偶合器及电机组成，三者之间通过膜片联轴器（由无锡创明传动工程有限公司提供）联接，为了便于安装找正，整体布置于同一钢制底座上。整个机组（除了液力偶合器）采用润滑油站供油，机组为三层布置，主机置于二层，油站以及液力偶合器配套的泵站、板式换热器等置于底层，介质进出口管线及高位油箱置于顶层。

压缩机的定子包括：蜗壳（蜗壳为垂直剖分结构，悬臂蜗室通过端法兰把合在齿轮箱上），端板（流道部件，引导气流从进口法兰处流向叶轮进口），支架（流道部件，引导气流从叶轮出口流向蜗室），轮盖密封（安装在支架上面，用来隔离压缩机进出口）等组成。

压缩机转子包括：高速轴，叶轮（闭式，后弯型叶轮，叶轮与主轴为过盈配合，使用液压工具装配在主轴上），轴头螺母（轴向固定叶轮，并起导流作用），锁紧螺母（固定主轴两端干气密封的轴向位置，以免干气密封窜动而损坏失效），大齿轮（齿轮为单斜齿，通过齿轮啮合，向主轴传递动能），压缩机齿轮箱体（整体焊接，是压缩机本体部分的支撑座，同时起到支撑定子和处理转子的作用）。

压缩机低速轴采用圆瓦轴承，高速轴采用单侧金斯伯雷+可倾瓦支撑轴承的支推一体轴承，润滑方式为油站供油强制润滑。高速轴轴承分为两部分：

（1）支撑部分：可倾瓦轴承有五个轴承瓦块，瓦块内表面浇铸一层轴承合金，瓦块等距地安装在轴承体的槽内，用特制的定位螺钉定位，瓦块可绕其支点摆动，以保证运转时处于最佳位置。

（2）止推部分：止推轴承采用单侧金斯伯雷推力轴承，每组有8块止推块，置于推力盘一侧。推力瓦块工作表面浇铸一层轴承合金，等距离地安装到固定环的槽内；每组有16块水准块位于槽内推力瓦块的下方，将受到的力均匀分配在轴承的各个瓦块之间。

原动机采用南阳防爆集团有限公司提供的增安型电机，液力偶合器由大连液力机械有限公司提供。为了确保机组安全运转，压缩机组设有各种控制及保安装置。

2 运行中出现的问题及原因分析

（1）蜗壳与叶轮间缝隙结垢，造成动静部件摩擦，致使叶轮磨损。该激冷气压缩机在正式投运40多天后，因高速轴测振点VI1301/02振值高造成停车，拆开后发现入口过滤器S-1307滤网通孔堵塞较多，盲肠基本被锈皮、灰垢填满；压缩机蜗壳及管线内存在大量灰垢；叶轮轮盖前端与端板锥形管配合面部位磨损出约5 mm深、12 mm宽的环形槽；叶轮前轮盖外缘约10 mm宽的部位整体磨损，大约有4～5处磨损较为严重。

通过检查叶轮磨损部位及对工况的了解，对磨损的原因分析如下：叶轮磨损部位均为叶轮与支撑、端板配合间隙最小处，激冷气压缩机所输送的介质含灰量较大，并有一定黏度，介质通过该部位时阻力增大，所携带灰粒在支撑与端板上聚集；结垢增多造成间隙逐渐变小，进而引起动静部件相互摩擦，最后激冷气压缩机高速轴振值逐渐增大，导致叶轮磨损严重。

解决方案：在压缩机蜗壳上钻孔，引入高温高压氮气，在支撑上钻孔作为喷嘴，使用高温高压氮气吹扫叶轮外缘处，防止飞灰在叶轮外缘与压缩机支撑之间的缝隙停留；对于少量的积灰，及时进行吹除，避免飞灰集聚；在压缩机蜗壳外部增加中压蒸汽伴热、加厚保温层，进一步改善压缩机在系统低温状态下的运行状况。

（2）低油温启动，高速轴轴承瓦块移位，引起振动跳车。壳牌煤气化装置短停，在清理压缩机入口过滤器及叶轮结垢后，重新开车，出现高速轴测振点VI1301/02振值高的现象；将齿轮箱解体，检查高速轴叶轮侧支推一体轴承，发现高速轴下部两块支撑瓦块定位销发生弯曲，支撑瓦块移位，造成轴承径向间隙增大，引起高速轴测振点VI1301/02振值达到88.9 μm（压缩机跳车值），造成压缩机跳车。

对其振动原因分析如下：激冷气压缩机启动时，环境温度为0℃，油箱温度为16℃，没有达到压缩机启动时要求的油温25℃，油温低时，润滑油黏度增大；当压缩机在低油温下启动时，高速轴叶轮侧支推一体轴承下部支撑瓦块所受承载力过大，从而造成定位销弯曲，支撑瓦块移位，激冷气压缩机高速轴测振点振值高，进而导致压缩机跳车。

采取措施：环境温度低时，开启油箱电加热器加热润滑油，启动油泵打循环，待轴承进油温度达到25℃后，方可启动压缩机。

（3）干气密封安装错误，动环反转损坏干气密封的密封面，造成干气密封失效。壳牌煤气化装置大修，更换新干气密封，压缩机启动运行时发现一级泄漏气的漏气量大，停机解体检查发现，干气密封腔体内部有液体流出，内部有大量黑色粉末。

对其损坏原因分析如下：主轴两端干气密封的各部位尺寸完全一样，但旋转方向相反，由于安装原因，将两端的干气密封装反；该干气密封为单向旋转的密封，干气密封装反就意味着密封相对于原设计反转了，这样就不能使工作状态下的干气密封在动静环之间形成有效的气膜，造成干气密封密封面干摩擦，进而烧坏，这是由干气密封损坏造成激冷气压缩机故障的一种形式。

（4）系统在低温状态下运行，叶轮流道内部结垢，引起激冷气压缩机振动跳车。壳牌煤气化在检修后进行气密检查，为加快气密速度，将激冷气压缩机启动运行，运行5 h后，高速轴测振点VI1301/02达到跳车值，压缩机跳车；分别检查压缩机叶轮结垢情况及高速轴支撑止推轴承，发现压缩机叶轮流道内结垢严重，对其进行清理处理，发现结垢较为松软，使用手动工具进行清理；对高速轴支撑止推轴承进行检查后未见异常。

对其振动原因分析如下：激冷气压缩机入口管线内部飞灰较多，压缩机在系统低温状态下长时间运行，造成飞灰在压缩机叶轮流道内聚集，破坏压缩机动态平衡，引起压缩机高速轴测振点VI1301/02振值升高，从而导致压缩机跳车。

采取措施：尽量减少管线内的飞灰；检修完成后，再及时将系统管线的伴热投运，并及时恢复保温，以减少压缩机在系统低温状态下的运行时间。

（5）高速轴因缺油造成轴颈偏磨、高速轴严重弯曲，经过激光熔覆、机械加工复型后，发生高速轴断齿、报废。壳牌煤气化因13PDI0065压差高跳车，激冷气压缩机停车，再次启动后发现压缩机齿轮箱有明显异音，且振值高，大量烟气从齿轮箱冒出。压缩机紧急停车后，对其进行解体检查，发现：叶轮口环部位出现偏磨，磨掉了1/3左右，叶轮轮盖部位也出现磨损，叶轮表面有灰垢；叶轮侧干气密封动静环等内部部件全部损坏，报废；高速轴叶轮侧轴承部位轴径偏磨，其余各轴颈有严重弯曲现象；高速轴两套支推一体轴承烧坏。因高速轴无备件，为了及时恢复生产，决定采用激光熔覆、机械加工复型的方法修复高速轴。高速轴修复后，分别对其进行了无损探伤检验、跳动值检测、低速动平衡检验，结果均符合技术要求；更换新备件，回装后，激冷气压缩机启动运行，振值整体偏高，但未达到报警值63.5 μm，在运行过程共出现9次振值波动，最大达到报警值后，缓慢降低；运行15 d后，激冷气压缩机振值达到报警值，并接近跳车值，又无降低迹象，对其进行停车检查，发现高速轴驱动齿非叶轮侧9个齿出现断齿现象，经评估，判定高速轴报废。

对高速轴出现轴颈偏磨情况的原因分析如下：激冷气压缩机停车时，未进行全面检查，压缩机再次启动时，因振值高，干气密封内部部件出现损坏、失效情况；合成气通过干气密封，顺高速轴串入齿轮箱内，使叶轮侧支推一体轴承供油中断，造成该部位轴颈偏磨。

对高速轴出现断齿、报废情况的原因分析如下：高速轴经过激光熔覆、机械加工复型修复后，其各项检验结果均符合技术要求；在修复过程中，未对高速轴驱动齿进行全面检查；虽然回装过程各项检查数据均符合设计要求，但是在实际运行过程中，齿轮啮合过程有冲击现象，随着断齿情况的产生，振值进一步增大，这是引起激冷气压缩机振值达到停车值的原因。

采取措施：做好更换备件统计，对于易出问题的干气密封，做好运行时间统计，对于运行时间达到两年的干气密封，必须对其进行更换，压缩机各部位的装配要严格按照技术要求执行；高速轴修复后，要全面检查各部位加工尺寸及精度，使其达到出厂时的加工精度要求。

3 结语

通过故障原因分析，成功地对激冷气压缩机进行了技术改造，优化了操作规程。经过实际操作可以证明，对激冷气压缩机的技术改造是成功的，压缩机的叶轮挂垢及轴振值升高问题得到了控制。在停车检查压缩机时，发现其运行状况一直良好，拆检时可以看到叶轮表面及流道内没有挂垢痕迹，为装置安全、稳定、长周期、高负荷运行提供了保证。

Analysis on the Fault Reasons and Treatment Measures of Shell Coal Gasification Chilled air Compressor

Tian Sen

Some problems and accidents in operation of Shell coal gasification chilled air compressor were introduced. The cause of the occurrence and the solution were given,and the good results were obtained.

Chilled air compressor;Vibration;Oil temperature;High speed shaft

TQ051.21

2016年5月

田森 男 1973年生 专科 助理工程师 目前从事设备管理工作