离心式制冷压缩机组运行故障浅析

商盼

摘 要：丙烯腈装置离心制冷压缩机在运行期间出现多次故障跳车现象，经过科学诊断分析，相关人员制定整理了相应的解决方案，采取了相应的措施，排除了机组运行故障，实现了压缩机组长周期的安稳运行。

关键词：乙二醇；丙烯蒸发器；振动；丙烯；润滑油；压缩机组

13万吨丙烯腈装置配套制冷机组为美国YORK公司生产的三段离心式压缩机组，压缩机型号为M338A7，输送介质为丙烯，设计制冷量为9699kW。原动机为NG32/25/16型汽轮机，为背压式蒸汽透平，汽轮机输出功率为3385kW。该机组于2013年2月份一次开车成功。机组在6年多时间的运行期间多次出现故障跳车现象。经诊断分析，相关人员制定了解决方案，采取相应的措施，逐一排除了问题解决机组运行故障。

1 压缩机组工作原理

制冷机组以冷冻盐水为冷媒为装置输送冷量，在蒸发器内液态丙烯与冷冻盐水进行冷量交换，液态丙烯吸热转化为压力500kPa（A）、温度2 ℃左右气态丙烯，气态丙烯经过压缩机压缩作功，形成压力1400kPa（A）、温度50℃左右的高温高压气态丙烯，丙烯气体进入冷凝器与循环水换热，高压气态丙烯冷凝成液态丙烯，然后依次进入到高温经济器、低温经济器通过闪蒸进一步降温降压至低温低压的液态丙烯，最后低压低温的液态丙烯进入蒸发器提供冷冻盐水的冷量，如此反复循环提供冷量。

2 压缩机组故障现象

①2014年7月到12月之间丙烯腈装置配套制冷机组多次因为轴振动VT-24222X/Y同时超过联锁跳车值58um跳车。机组制冷系统运行工况差，冷冻盐水温度一直无法下降到正常范围内，蒸发器液位DCS指示值无法与現场玻璃板液位指示值一致；

②2015年1月制冷机组再次跳车，经决定对制冷机组进行大修，对冷凝器、蒸发器射流清洗、更换压缩机主推力瓦同时进行了油品更换，将原“YORK-C”油更换为“YORK-Q”油；检修完成后重新将转子定位，恢复轴位移联锁跳车值；同时对冷凝器及蒸发器进行氮气及氦气查漏处理，发现蒸发器管板及管束共3处漏点，进行漏点堵漏后机组重新开车。

3 故障原因分析

原因分析如下：

①跳车后相关人员初步分析的原因制冷机组（型号M338A7）采用筒装瓦，结构上抗振性能不足，润滑油采用YORK- K油，没有根据丙烯纯度98.5%情况选用YORK-Q油，致使溶解于润滑油中的丙烯难以逸出，影响机组动压油膜的正常建立，当机组负荷和油温发生变化时，易引起油膜涡动，导致振动上升，直至联锁跳车；

②制冷机组由于蒸发器管束、管板泄漏，导致冷冻盐水泄漏到丙烯系统，因水密度比丙烯密度大很多，导致仪表测量的丙烯液位波动大，液位无法控制，机组运行工况恶化，多次跳车；另外少量冷冻盐水通过丙烯系统窜入到润滑油系统导致润滑油带水，油膜破坏，致使轴瓦润滑状况恶化，轴瓦干磨损坏，而轴瓦的损坏会进一步导致机封磨损加大，最终导致润滑油泄漏。根据蒸发器图纸资料查的蒸发器管束为10#钢、管板材质为20#钢，且管板与管束连接方式为强度胀接，而强度胀接的试用于无过大的温度变化及无严重应力腐蚀的场所。

经分析大冰机蒸发器泄漏原因为：大冰机在跳车后，蒸发器管束内的冷冻盐水温度由-2℃冷却至28℃，温差接近30℃，而由资料查得10#钢的膨胀系数为11.16×10-6m/℃、20#钢的膨胀系数为11.59×10-6m/℃，在机组蒸发器冷冻盐水温度上升30℃时，管束膨胀的尺寸为0.334mm、管板膨胀的尺寸为0.347mm，从而导致管板与管束之间有微小的缝隙，多次的温差变化导致管束与管板的间隙逐渐增大最终导致管板泄露。而管束更换为紫铜后，紫铜的膨胀系数由资料查得为16.7×10-6m/℃，冷冻盐水温度上升30℃时，紫铜管收缩变形量为0.501mm，管束与管板的间隙为过渡配合，始终为胀接形式，管板不会出现泄漏情况；

③丙烯蒸发器管束材质为10#钢时，管束材质等级较低。乙二醇作为在冷寂具有很强的腐蚀性，乙二醇在使用过程中与空气接触容易产生气泡，气泡在溃灭过程中产生的微射流或冲击波对设备产生损伤，另外乙二醇含有的羟基本身不稳定，在长期使用中，乙二醇会被氧化成乙二酸，乙二酸会对设备造成严重的腐蚀而使之渗漏，丙烯蒸发器碳钢管束长期在酸性乙二醇溶液中冲刷、腐蚀，导致管束管壁减薄变形，管束与管板连接处慢慢腐蚀扩大，从而导致管束管板泄漏，无法保证蒸发器的长周期、安稳运行，需对管束材质进行升级。

4 故障处理措施

4.1 更换压缩机冷冻润滑油

将机组润滑油由YORK-K油更换为YORK-Q油，保证溶解于润滑油中的丙烯及时逸出，确保机组动压油膜的正常建立，减轻油膜涡动对机组的影响。

4.2 丙烯蒸发器更换，材质升级

经研究乙二醇对铜腐蚀性较弱，因此将丙烯蒸发器管束材质升级为紫铜，并于2016年7月进行安装更换，机组运行至今平稳。2018年3月大修期间，组织施工单位对丙烯蒸发器进行氦气查漏，检查管束管板无任何泄漏点。

5 结语

由于乙二醇对设备腐蚀性，致使丙烯蒸发器管束、管板泄漏，压缩机组故障跳车，压缩机轴瓦、密封损坏，不但增加设备维修成本，还会产生重大的生产安全隐患，因此对含有乙二醇的生产设备的抗腐蚀工作需要加强，采取有效地监控机防治措施，有效降低维修成本，实现本质安全。

参考文献：

[1]张长宝，浅冷装置乙二醇系统腐蚀分析[J].河北化工，2009， 32（3）：50-51.