大型离心空压机结垢原因分析及处理措施

李明伦

（万基控股集团有限公司，河南洛阳471832）

1 引言

万基控股集团洛阳万基发电有限公司现有TRX160-1800 kW离心空压机3台，两运一备，但是在近两年运行过程中频繁出现叶轮、扩压器、导流器结垢现象，阻塞流道，腐蚀蜗壳、导流器，引起机组轴振超标，而且如果叶轮上所结垢层发生脱落，打破转子动平衡，会导致压缩机机体振动上升[1]，严重时可造成压缩机无法运行，甚至发生安全事故[2]，因此结垢对机组危害很大。本文针对本公司离心空压机机组结垢原因进行分析，并有针对性的提出处理措施，以其对同类型设备出现类似问题时能提供借鉴。

2 TRX-160-1800KW离心空压机情况介绍

2.1 离心空压机简介

我公司3台TRX-160-1800 kW空气压缩机坐落于2×330MW机组空压机房内部，2×330MW、2×135MW机组锅炉输灰及杂用气采用此3台离心空压机供气，后设置3台冷冻式干燥器，机组2010年投运，压缩机为整体撬装，主机从日本IHI公司原装进口。采用整体焊接机座、三级齿轮增速、悬臂式结构，铸造蜗壳式（球墨铸铁FCD450） 机壳，锻造五轴机加工三元流后弯式（17-4PH不锈钢）叶轮，固定叶片式（铝/AC-4C-T6） 扩压器，导流器材质为为球墨铸铁（球墨铸铁/FCD450），大齿轮轴材质为合金结构钢（SNCM439），大齿轮、高速转子齿轮为单向斜齿轮，精度均为美国齿轮协会AGMA13级，转子轴材质为锻压合金结构钢（SNCM439）。性能参数如表1。

2.2 空压机工作原理

大气经过空气入口过滤器过滤后，经入口管道沿着空压机轴向进入一级压缩腔，主电机经过联轴器带动大齿轮旋转，大齿轮驱动小齿轮进行增速，一级齿轮主轴带动工作叶轮旋转时，气体以很高的速度被离心力甩出叶轮，进入具有扩压作用的固定的导叶中，经扩压器使其速度降低而压力提高，温度也随之升高，接着进入中间一级冷却器中对气体进行冷却，排出冷凝水，以此类推，依次进入二级压缩腔、中间二级冷却器、三级压缩腔、后冷却器内，压力逐渐提高，最终达到系统所需要的压力，系统简图如图1。

2.3 空压机结垢腐蚀现象

统计3台离心空压机近一年来的检修情况，机组除正常保养次数外，其他非计划停机检修次数为#1机组6次，#2机组3次，#3机组3次，工作内容都是清理机组内部污垢。机组扩压器、蜗壳和压缩腔积垢后，造成流道面积变小，气流发生堵塞，流量脱离稳定工况范围，在叶轮流道中引起旋转失速甚至喘振等非稳定性流动现象，极易引发叶片的疲劳断裂[3]。其中#2机组由于轴振动大，损坏高速转子2套，价值64万，导致机组不备用。

在检修过程发现的问题主要有以下3点：

（1） 结垢：叶轮叶片、蜗壳内部周围、扩压器、导流器等空气流道处的部件结垢较多；

（2）腐蚀：进气管道内壁，级间连接管，各级冷却器，冷却器室腔体，蜗壳、导流器均有不同程度腐蚀；

（3）高速转子损坏：疲劳断裂、卷边、磨损。

表1 空压机相关参数

3 原因分析

3.1 入口过滤器存在的问题

对于机组结垢问题，入口过滤器所占影响因素最大。本公司3台离心空压机空气入口设计在厂房外部，位于2台330MW机组电袋除尘中间，每台空压机对应一台脉冲反吹自洁式滤洁器，每台滤洁器安装过滤精度为2 μm，型号为KLX-5866过滤筒30个，系统工作原理如图2。

过滤器位于2台电袋除尘器中间，现场环境工况恶劣，大气中夹杂较多灰尘，随气流被吸入空压机内部，经对结垢物化验分析得知，煤灰等杂质含量较高，这是引起结垢的主要原因。

自洁系统工作异常，主要有以下几个方面：（1） 控制面板数显异常；（2） 负压探头损坏，不能正确测量滤筒差压；（3） 部分反吹阀不能开关，反吹气源压力低，反吹间隔时间长，反吹气源油水分离器使用寿命到期，起不到过滤作用，污染过滤筒。

3.2 气体管路、冷却器及级间连接管腐蚀生成物集聚

空气过滤器上部净气室是由钢板焊接而成的封闭空间，空气经净气室后进入进气管，进气管材质为碳钢，空气经过一级压缩后，再经水冷却器、级间连接弯管，然后进入下一级压缩腔，以上部件长期与湿热空气接触，发生电化学腐蚀。部件腐蚀生成的铁锈伴随着气流被带至各级压缩腔内，最终附着在压缩腔流道内。

利用停机期间打开净气室人孔门，入内对其检查，发现净气室，及其内部反吹管路防腐层脱落，表面大量铁锈，进气管路内壁也有不同程度腐蚀。抽出一、二级冷却器拆下级间连接管，发现冷却器翅片腐蚀严重，翅片边源腐蚀脱落，冷却器腔体及级间连接管内壁防腐层脱落，腐蚀，粗糙不平。

图1 空压机工作系统简图

图2 脉冲反吹自洁式过滤器结工作原理图

3.3 系统中水分增多加剧了机组结垢与腐蚀

机组系统中的水分主要来源于3个方面：大气中的水分、级间冷却器泄漏、级间冷凝水。

进入系统中的水分与含有粉尘、铁锈的气流充分混合，形成气液固三相体系，被带至各级压缩腔内，该体系拥有很强的冲刷力、吸附力，该介质流经机组扩压器、导流器、蜗壳位置时，流通面积急剧增大，速度相对减少，并形成旋涡，气流在该位置一部分将动能要转变为压力能,一部分克服摩擦功[4]，当动能在边界层中沿弧面逐渐下降时，介质中夹杂的灰尘便集聚在扩压器、叶轮、蜗壳上。随着机组在离心力的作用下，伴随着高温高压环境，固体颗粒与水形成了粘度比较大的流体，不断冲刷流道，腐蚀设备，同时在流道内越积越多，也增加了污垢的硬度，很难清理。机组一、二级排气压力低，压缩比相对较小，空气中的水分很少达到饱和状态，而三级压力最高，故三级结垢、腐蚀比较严重。

4 针对问题采取的措施

（1）加强电袋除尘设备管理，清扫现场设备回城，控制扬尘，为离心空压机入口气源提供一个洁净的环境。

（2）检查过滤器自洁系统，更换油水分离器，控制面板，对损坏的脉冲阀电磁芯和膜片进行更换，根据差压探头测量的差压数值调整反吹时间，并解决反吹气源压力低的问题，确保自洁系统能达到自洁的目的。

（3） 滤筒进行全部更换，并严格保证安装质量，防止因密封口未对正导致漏风。

（4）针对管道及机组腐蚀，对净气室内壁及反吹管子打磨除锈，并将内部清理干净，然后进行防腐，而且把φ630进气管全部更换为φ630不锈钢材质进气管，减少铁锈的生成。同时对级间冷却器腔体、级间连接管、导流器腐蚀层进行处理，喷涂防腐层，对叶轮、扩压器、蜗壳所积灰垢进行清理，并打磨光滑。

（5）对达到更换周期、腐蚀漏水严重的冷却器进行报废更换，对3台空压机各级冷却器分别安装浮球式疏水阀，并设置旁路疏水门，确保冷凝水能及时排出机组，减少气流中夹杂的水分。

5 结论

本文结合我公司现场实际情况，通过对3台空压机结垢现象进行分析，找出结垢原因，并针对各种原因采取了不同的措施，取得了良好的效果，减少了机组停机次数，降低了检修费用，提高了企业经济效益。