氯气透平式压缩机设备故障分析及运行维护参数控制

许渊

(重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆 401221)

【氯氢处理】

氯气透平式压缩机设备故障分析及运行维护参数控制

许渊*

(重庆市映天辉氯碱化工有限公司，重庆 401221)

氯气透平式压缩机；可倾瓦块；止推轴承；梳齿套；迷宫密封

分析氯气透平式压缩机设备运行过程中，可倾瓦块、止推轴承损坏的原因可能是启停机组频繁、润滑油品质差、高速转子造成的机械振动；梳齿套损坏的原因可能是密封气品质差、密封气阀开度小。为了消除这些因素的影响，在运行维护过程中合理控制参数，保证了设备正常稳定运行。

中国氯碱工业近几十年发展迅速，氯气透平压缩机得到快速普及，国产氯气透平式压缩机在国内企业应用广泛。重庆市映天辉氯碱化工有限公司(以下简称“重庆映天辉”)使用的是LYJⅡA-0.42/2200型6万t/a氯压机。

2009年重庆映天辉氯碱装置投产以来，机组连续稳定运行数年。期间机组也出现各种故障，结合氯气透平式压缩机多年现场维修实践经验、故障原因总结，在氯压机生产企业帮助下提出改进措施并实施，大部分问题得到了较为满意的解决。

1 氯气透平式压缩机规格和性能

1.1 氯气透平式压缩机主要工作参数

氯气透平式压缩机主要工作参数如下：

一级氯气进口温度 ≤30 ℃；

进口压力(绝压) 0.089 MPa；

氯气出口压力(绝压) 0.42 MPa；

氯气含水体积分数 ≤0.015%；

标准状态的流量 2 200 m3/h；

适用碱产量 6 万t/a。

1.2 氯气透平式压缩机特点

(1)机组的轴封采用迷宫梳齿密封，并注入干燥空气或氮气[1]。氯气和氮气混合气体送入废气处理装置，可以做到氮气不进入氯气系统，保证无氯气泄漏、润滑油不进入氯气系统、氯气不进入油路系统。

(2)机组的中间冷却器采用防腐涂层处理。

图1 氯气透平压缩机主机结构图

2 氯气透平压缩机故障分析及运行维护参数控制

2.1 可倾瓦块、止推轴承损坏原因

对于有5块可倾瓦块且最下方瓦块居中的轴承，磨损一般多发生在正下方瓦块及其轴转动方向的后一个瓦块，严重的损坏会导致瓦块表面的巴氏合金熔融、裂纹或破碎[2]。

2.1.1 频繁的启停机组

氯气透平式压缩机属于高速旋转机械[3]，其高速转子的转速达到22 790 r/min。设计选用了5块可倾径向瓦块和轴向单层可倾止推组合轴承，其原理是在转子高速旋转时，轴径与瓦块之间、轴向与止推瓦之间形成有一定刚度和承载能力的油膜，从而使转子在完全润滑状态下工作。在完全静止状态下启动或停车时，瓦块会有一定的磨损，故氯气透平式压缩机不宜频繁地启动或停车。

检修参数控制如下：①径向轴承允许间隙为0.10～0.12 mm，大于0.14 mm应更换轴承瓦块；②止推轴承轴向允许间隙为0.20～0.25 mm，大于0.35 mm应更换止推瓦块；③迷宫密封外观及间隙，气封环宇梳齿套径向间隙为0.10～0.20 mm，大于0.30 mm应更换相应部件；④端封环与叶轮端面间隙(0.75±0.05) mm，大于1.2 mm应重新调整间隙，否则影响压缩机打量。

2.1.2 润滑油品质差

润滑油品质包括润滑油本身的技术质量指标及润滑油品种的适用性。技术质量指标主要是黏度、酸度、湿度、表面张力、油脂不溶于醚等；润滑油品种主要是种类及牌号。

油品的黏度随牌号增加而增大。一般情况下，低黏度油品适用于高速轻载，高黏度油品适用于低速重载[4]。牌号小的油品，其黏度低、摩擦小、导热性好，故在可以实现完全润滑的前提下，应选用牌号小的油品；如果低黏度不能满足完全润滑，就应该选用黏度高一级的油品。

下列各指标有一项超出要求，应立即更换润滑油。

(1)如果油的黏度比新油大10%，须更换。

(2)总酸值达到0.2 mg·KOH/g时准备更换，达到0.4 mg·KOH/g之前完全更换。

(3)当湿度大于0.2%(体积比)时换油。

(4)每3年或25 000 h，更换所有的油；每年更换油箱的1/3油量。

(5)机组运行过程中，关注主油泵供油压力，保证在150～200 kPa，低于100 kPa应停机检修。关注油过滤器前后压差，压差值达到50 kPa时切换滤芯。

2.1.3 高速转子的机械振动

高速转子振动超标主要有如下原因[5]。

(1)叶轮结垢。氯气干燥及除雾效果不好，杂质及其管道腐蚀生成物在叶轮流道尤其在叶片的吸力面形成积垢，如垢体松脱或不均匀，叶轮动平衡失效导致振动。

(2)叶轮腐蚀。氯气中含酸、含水超标，会对叶轮形成冲刷和腐蚀的双重作用，叶轮动平衡失效导致振动。

(3)喘振。操作不当时，进口阀门调节不当，自动回流不灵，或压缩机进口压力低、出口压力过高，当其压缩比超过允许值时，就会发生喘振。

(4)主电动机与低速轴对中不良。

(5)氯气透平式压缩机级间冷却器泄漏，导致氯气含水量增加腐蚀叶轮，叶轮动平衡破坏[6]。

2.1.4 工艺及安装要求

(1)选用美国孟莫克公司除雾器，3 μm以上微粒净化率为100%。3 μm以下微粒净化率为99.3%。压缩机一级进口安装孔径0.212 mm(即60目)的尼龙过滤网，并定期清洗。

②压缩机本身材质要求氯气含水体积分数小于0.015%。

③联轴器对中应保证横向与纵向均0.05/1 000。

2.2 梳齿套损坏原因

梳齿套套装在高速齿轮轴上，并有铆钉固定，其与装在齿轮箱上的气封环形成无摩擦配合，组成迷宫密封。本机组气封环为4段密封，其结构见图2。

图2 迷宫密封结构

引起叶轮损坏的原因，大多也会同时引起梳齿套及气封环损坏。下面根据结构原理分析密封气、废氯气及回抽气对迷宫密封的影响。

2.2.1 密封气品质差

氯气透平式压缩机要求使用的密封气为干燥氮气或干燥空气。如果密封气水含量超标，会进入迷宫密封向叶轮方向流动，遇到氯气即会对梳齿套造成腐蚀，使密封失效，或是引起高速转子动平衡破坏，导致整个转子及相配合的部件损坏，并可能引起氯气泄漏污染环境。更严重者，使齿轮箱、油箱中润滑油氯化变质，生成黑色黏稠状物质极难清洗，导致润滑油变黑。如未及时发现，可导致齿轮箱及整个机组损坏。密封氮气经过处理后，含水体积分数小于0.005%。

2.2.2 密封气未开或开度小、压力低

密封气未开或压力过低，其危害视迷宫密封情况而定。如果迷宫密封效果不好，且废氯抽吸效果不好，可造成氯气外逸[7]。如果迷宫密封密封效果良好，且废氯抽吸效果良好，则可能发生下列情况。

(1)空气从密封气排放处被吸入，湿空气遇氯气会腐蚀梳齿套。

(2)由于压缩机一、二级迷宫密封均有回一级进气的废氯回抽管，此处有较高的负压，如果废氯吸收塔的负压过小，会造成含大量湿气的废氯吸收至一级进气口，这不仅会腐蚀梳齿套，也会腐蚀叶轮。

氯气透平式压缩机正常运行时，密封气应作如下调节。

密封气从腔室A注入，腔室B与一级进口C相连，腔室F通向大气，腔室E为氯气与密封气的混合气体腔。设备运行时，叶轮背面(腔室D)的压力大于叶轮进口处C的压力，注入A腔的密封气压力调节到比E腔出口的混合气压力高0.01～0.02 MPa。只要恰当地调节密封气注入压力，就可以有效阻隔氯气外漏到大气，限制密封气漏入机器内部。

3 结语

综上所述，为保证氯气透平式压缩机长周期安全稳定的运行，生产操作人员、维护保养人员要密切关注设备运行状况。根据设备运行的各项参数的变化情况，定期予以分析评估。当设备运行异常时，应及时检查原因并排除，必要时按照设备操作规程及时停车检修，建议不少于每年一次的定期检查，根据情况予以维护保养，更换磨损超标的零部件，以免个别零部件的失效殃及其他部件或整机的正常运行。检修设备时，一定注意拆解部件的保护。设备及管道及时加装盲板与空气隔绝，以免造成级间冷却器及管道的腐蚀。检修后，应用合格的气体进行彻底的置换。在停机备用期间，不能停止干燥气体的保护，定期启动油泵润滑和盘车。

氯气透平式压缩机操作自动化程度高，处理能力大，运行平稳。建议氯碱生产企业及时向设备生产企业反馈设备运行情况，共同努力将设备管理好、运行好、维护好。

[1] 刁玉玮，王立业.化工设备机械基础[M].大连：大连理工大学出版社 ，1994：20-21.

[2] 徐文盛.高速泵止推轴承毁坏原因分析[J].广石化科技，1998(4)：20-21.

[3] 王德祥，宁振超，司志坦.氯气压缩机运行管理[J].氯碱工业，2015，52(6)：39-41.

[4] 张志才，郭小川，赵波，等.不同黏度等级润滑油在柴油发动机上的对比试验[J].后勤工程学院学报，2014，30(5)：41-46.

[5] 李嫚，徐斌，王旭.氯气压缩机振动原因及处理措施[J].氯碱工业，2015，51(11)：36-37.

[6] 杨金顺.透平式氯气压缩机高速转子损坏原因探析[J].中国氯碱，2014(1)：19-21.

[7] 裘雪玲.迷宫密封的密封机理研究[J].化工装备技术，2010，31(2)：34-36.

[编辑：蔡春艳]

Fault analysis of chlorine turbocompressor and parameter control in operation and maintenance

XUYuan

(Chongqing Wintinwe Chlor-Alkali Chemical Co., Ltd., Chongqing 401221, China)

chlorine turbocompressor; tilting pad; thrust bearing; comb sheath; labyrinth seal

The possible causes of damage of tilting pad and thrust bearing during operation of chlorine turbocompressor were analyzed to be frequent start-up and shutdown, poor quality of lubricating oil, and mechanical vibration caused by high-speed rotor. The possible causes of damage of comb sheath were analyzed to be poor quality of seal gas and small opening of seal gas valve. In order to eliminate the effects of these factors, parameters were controlled reasonably in operation and maintenance and thus normal and stable operation of the turbocompressor was ensured.

2017-02-07

TQ028.2

B

1008-133X(2017)03-0021-04

*[作者简介] 许渊(1979—)，男，毕业于重庆科技学院机电一体化专业，现任重庆市映天辉氯碱化工有限公司机电仪车间副主任，主要从事机械设备管理工作。