透平机的稳定性运行技术探讨

刘 海

（东营市赫邦化工有限公司，山东 东营 257091）

东营市赫邦化工有限公司隶属于山东海科化工集团，目前烧碱生产能力为20万t/a（烧碱折百），环氧氯丙烷生产能力为3万t/a。氯气和氯化氢两种气体均采用国产离心式透平机压缩输送，2013年投入运行，目前状况良好。

1 透平机规格型号（见表1）

表1 透平机规格型号

2 透平机的运行情况

氯气透平机共3台，自2013年投用以来，安全平稳运行，轴振动值小于10 μm，轴振动趋势平稳。2017年10月因管程的循环水有个别堵塞现象，经4 MPa高压水清洗一二级氯气冷却器后，运行月余，发现2#透平机的一级氯气冷却器在线pH值监测仪的数值高报警。经取样复核pH值后，停机检查，确认是一级氯气冷却器出现渗漏问题。接着对一二级氯气冷却器都进行了更换新冷却器。其他2台氯气透平机立即提报新氯气冷却器准备待机更换。

氯化氢透平机最初采用了1台，为4级压缩（C8280A）。由于压缩比相比较大，梳齿密封压力有时易失衡，出现润滑油污染，导致酸值超标等问题。相比2级透平机的轴振动值也稍大。

2015年考虑提高产能，新购进1台4级氯化氢透平机（C8280B）。轴密封采用了新式的高低齿型梳齿迷宫密封设计，相比氯化氢透平机（C8280A）的直通形梳齿迷宫密封，更为可靠，使用效果非常理想。

3 运行中所遇问题和应对措施探讨

3.1 润滑系统的油质必须有保证

透平机具有极高的转速，其转速为15 600～22 068 r/mim。必需对前后轴承、齿轮进行润滑和降温，并且透平机的轴承采用的是动压可倾多油楔滑动轴承，只有润滑油注入才有承载能力，因此只有保证具有一定的压力、流量、温度的润滑油供给透平机，机组才能安全正常运行。否则，滑动轴承表面的较软的巴氏合金轴瓦衬极易损坏。因此，安全平稳运行，其润滑品质保证是关键。定期监测润滑油的运动粘度、酸值、水分、机械杂质等理化指标是必要手段，不合格时一定要及时更换润滑油。尤其是酸值，当梳齿迷宫密封的充抽气失衡时，极易酸化污染润滑油。

3.2 临界转速的影响问题

由于在一阶临界转速和二级临界转速之间运行，其转速为15 600～22 068 r/min，透平机的转子属于挠性轴。转动系统中转子各微段的质心不可能严格处于回转轴上，因此，当转子转动时，会出现横向干扰，在某些转速下还会引起系统强烈振动，这种情况下的转速就是临界转速。也就是说，当开机运行或停机时，转子的转速必然会经过一级临界转速，比时振动肯定要加剧，但只要迅速通过去，由于轴系阻尼作用的存在，一般不会造成破坏。理论上来说，应尽量减少透平机的开停次数。

3.3 备用状态时定期盘车，但需注意避免滑动轴承干磨

因为是动压滑动轴承，其表面是一层较软的巴氏合金轴瓦衬，若直接进行盘车，肯定会磨损轴瓦衬，久而久之会缩短轴承寿命。因此，盘车时应注意首先启动润滑系统，使滑动轴承处于充分润滑状态再盘车，可避免滑动轴承上的巴氏合金的磨损。

3.4 透平机停机后应注意及时输走局部的热量

当停机时，应使齿轮油泵继续运转10～15 min，使润滑系统继续循环，使得转动部件得到充分的冷却，否则，会导致滑动轴承表面局部高温，生成大量积炭的现象。

3.5 透平机的级间冷却器渗漏问题

采用无压回水方式是非常有必要的，若发生渗漏时，因气体介质侧的压力高，会泄漏向低压的循环水中，而不会漏向工艺管道和透平机中导致设备事故。由于循环水中氯根较高（约 200×10－6），其管程的循环水侧做TH99设备内防腐涂料处理，但了解到多数用户发现其安全寿命一般是四五年。实际使用寿命应该与氯中含水或氯化氢中含水控制指标有直接关系。

若遇更换新级间冷却器，氯气或氯化氢气体中的含水指标要求又非常高，吹扫水分、灰尘和铁锈等非常重要。使用常温气体吹扫，则冷却器中水分不易完全吹除，可以考虑利用透平机进行吹扫，即将透平机的每一级进口都开放，从大气环境中吸气，经吸入叶轮压缩之后，气体体积变小，同时温度升高了，因热空气吹扫水分的效果更佳。

3.6 原料气纯度不高的问题

由于透平机是高速运转，靠离心力使气体物料产生重力做功，当原料气纯度不高时，或者掺入的其他气体重度相比较小时，会导致透平机的出口压力偏低的现象。

3.7 喘振的发生时机和影响现象

喘振是离心式透平机特有的缺点。喘振现象从物理角度看是一种低频、高振幅的气流压力脉冲。这种具有一定能量的气流脉冲使氯气离心式透平机高速转子失稳、振动加大，严重时发出轰鸣声和严重的噪音，同时机身强烈振动，出口压力、电流剧烈波动，若在喘振工况下持续工作，那么产生的后果是十分危险的。但也可以看出喘振流量是最小流量（即出口压力接近其最大升压时）。常见喘振均发生在大幅度减量生产和管网中压力突高，也就是小流量运转和透平机的排气压力小于管端压力时。因此在实际运行中，防止透平机进入小流量工况下运转是关键。必须设置防喘振自动调节装置，当发生喘振能够快速打开回流阀以补充进气气量，以免伤害透平机。

3.8 轴振动数值形成趋势图非常重要

高速转子的运行状态直接体现了透平机的运行状况，所以轴振动是透平机运行最关键的一个监测数据。轴振动在线监测仪一般是采用涡流探测仪，非直接触性的探测，所以是一种相对值，而非绝对值。利用信息化技术形成电子趋势图，对于机组的运行稳定性分析具有很大的意义。

3.9 轴封的可靠性问题

因透平机高速运转，轴封装置采用的是梳齿迷宫密封，即非摩擦型密封，所以迷宫密封与轴之间仍有一定的微小间隙。梳齿迷宫密封仅为一段阻力极大的流道，为有效阻止氯气或氯化氢气体的泄漏，采用了抽、充气相给合的形式。其机能是：含湿量小于100×10－6的干燥空气或氮气经充气室自控阀门以约1 500 mmH2O压力进入迷宫密封室中，而泄压室又经调节阀控制在－50 mmH2O压力。这样密封气进入密封室后，一部分沿密封泄入大气，另一部分则流向泄压则，确保氯气或氯化氢气体的可靠密封。透平机在停车时，为防止潮湿空气进入机组或因机组出口阀关闭不严，造成氯气或氯化氢气体的泄漏。因此在停机时，也不应关闭气封。从C8280AB氯化氢透平机的轴封使用效果对比，高低齿梳齿迷宫密封比传统的直通形梳齿迷宫密封具有更可靠的密封效果。

3.10 酸雾夹带的问题

虽然氯气或氯化氢气体经过干燥后，再进入酸雾捕集器，捕集效果良好（所有1 μm以下雾粒的捕集效率为99．3%）。但在运行约4年时拆检透平机进出口，发现有干态的酸泥物质附着在透平机的叶轮上。物料介质中可能含有很微量的酸泥，经过日积月累造成了沉积附着，应及时清理维护。

4 结语

国产透平机制造技术在逐步走向成熟化，运行稳定性已大大提高。良好润滑是关键，其级间冷却器采用无压回水，且定期更换新级间冷却器是透平机安全的重要保障。依据其工作原理，正确操作使用，提前做好预防和预测性维护，可达到长效安全稳定的生产运行状态。