大型转动设备运行存在的主要问题及应对措施

温瑞军，张飞跃

(国能集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司，宁夏 银川 750411)

0 引言

大型转动设备在化工装置连续运行起着关键作用，也是试车、运行、检修等各个环节管理的难度和重点，随着装置规模不断扩大、智能化逐步提高、长周期稳定运行要求更高的发展趋势，其重要性越发凸显。该类设备往往在开车及初期运行中易存在运行不够稳定、非计划启停频繁、发生设备损坏等问题。目前装备制造能力有较大提高，先进监测技术被采用，但是要做好该类设备的管理，其核心还是还要从设计选型、优化改造、操作维护、保养检修、人才培养等环节进行控制。文章主要从大型转动设备事故及运行管理中存在的典型问题进行分析总结，力求举一反三，为保障大型转动设备稳定运行提供可参考的技术及管理措施[1]。

1 大型转动设备引发非计划停机的主要原因

据不完全统计，某公司自装置试车以来，60%以上的非计划停车是因大型转动设备故障停车导致的，充分说明大型动设备在装置运行中的重要地位。故障停车主要原因有设计缺陷、管理不到位、操作不当、超负荷运行、检修质量不合格等。经过对近年来某一单位发生大型转动设备非计划停车原因进行统计归纳，主要有四个方面的原因，其中：维护、管理不到位的原因占比约为34%；设计、制造缺陷，零部件质量问题、材质选型不当的原因占比约30%；操作不当、系统波动的原因占比约为25%；检修质量不合格的原因占比约为11%。

1.1 维护、管理不到位的问题

因维护、管理不到位等原因导致非计划停车占比约为34%。

(1)部分机组保护装置长期处于不完好状态。丙烯压缩机透平，缸体汽轮室压力导压管长期堵塞，蒸汽流量仪表不显示，造成压缩机透平工作状态判断困难；个别机组的键相、温度、位移等传感器及卡件损坏，维修不及时，影响机组安全稳定运行；机组附属保护装置不完备(如部分机组无高位油箱)、控制油系统漏油，造成机组异常状态下事故扩大。干气密封系统泄漏气管线设置不合理容易堵塞，会造成泄漏气压力高而联锁跳车。

(2)机组润滑油管理不到位。如润滑油机杂含量超标、往复机油位偏低会造成机组轴瓦损伤。润滑油站的管理低标准，三级过滤执行不到位，不同牌号油品过滤器具混用，新油废油未分区存放，甚至造成油品错用。

(3)蒸汽参数不符合工艺要求。蒸汽有害成分超标，一类是蒸汽中Si、Cl等离子超标，造成多台透平转子腐蚀、结垢甚至发生叶片断裂事故；另一类是蒸汽温度、压力不符合工艺要求，蒸汽管线进入硬质颗粒等，造成多台透平动叶片发生冲刷、水击损伤。

(4)设备计划检修执行不到位。因片面追求产量、缩短检修时间、变更检修深度或其他原因，造成部分机组及辅机失修。

(5)对机组的应急处置不到位。带病运行的设备，防护应急不到位、超负荷运行导致事故扩大，或者压缩机运行中出现的异常参数应急处置不到位，面对参数波动。部分人员第一时间想到的是监控运行保生产，没有在第一时间去分析设备本体问题，未能及时停机排查，造成事故扩大化。比较典型的往复式压缩机气缸内部进入异物，振动及噪音已有明显变化，但未及时停机，直到活塞体破损、活塞杆断裂，事故扩大。

(6)人员专业水平不足。机组技术管理人员专业技术水平有待提高，故障判断不准确。压缩机由于入口分离罐旁路阀门故障，未准确判断并排除，导致机组多次启停。

(7)联锁管理不到位。操作人员对压缩机联锁逻辑不清楚，操作带联锁阀门时导致压缩机跳车。联锁管控执行不到位，未严格按照联锁分级管控审批，并制定和落实减除连锁后应急措施，导致实际已达到联锁触发条件，但未动作，引起次生事件。

1.2 设计、制造缺陷，零部件质量问题、材质选型不当等的问题

(1)运行参数与设计参数偏离。费托合成装置释放气(往复式)压缩机设计参数与实际运行参数偏差较大，且管路设计不合理，导致压缩机振动大、频繁跳车。

(2)透平驱动蒸汽源不稳定。压缩机透平原设计采用废锅蒸汽经过热后驱动，曾多次由于汽源不稳定造成机组跳车。

(3)透平局部结构设计不合理。丙烯压缩机压缩机透平设计不合理，隔板剖分面处静叶片强度相对不足，造成静叶片损坏，进而导致转子动叶片损伤。

(4)材质选型不当。甲醇装置合成气压缩机因含水的CO2和合成气混合进入压缩机，导致碳钢隔板腐蚀。

(5)泵轴设计不合理。BB5型3级中压锅炉给水泵泵轴安装定位卡环处太细(轴径100 mm，卡槽处80 mm)多次发生断轴事件。

(6)透平空冷夏季高温设计余量不足。凝气式汽轮机乏气空冷器设计负荷不足，夏季高温运行时导致真空度高，被迫降负荷，甚至联锁跳车。

(7)机泵设计工况较设计运行工况偏差较大。贫液泵正常运行流量为最优流量的40%，且有效汽蚀余量较小，长期运行导致振动大，叶轮严重气蚀。

1.3 操作不当、系统波动造成的问题

(1)启机前未进行静态调试。丙烯压缩机组因系统原因停机后重启时，未按操规进行静态调试和启动条件确认，导致调节阀阀杆损坏。

(2)启机过程中阀位控制。空分增压机导叶控制阀阀位误操作，导致增压机喘振，机组跳车。

(3)压缩机运行过程中监盘不到位，异常工况未及时处理。循环气压缩机二段入口分液罐前工段液相监控不到位，导致入口分液罐液位高而联锁停车；因监盘不到位，原料气压缩机透平热井凝结水排液不畅导致热井高液位联锁跳车。

(4)中控按钮集中布置，误操作。因中控室操作按钮集中布置，操作时按钮按错，导致其他机组非计划停车。

1.4 检修质量控制不到位的问题

(1)检修问题判断不准确，方案制定不合理。检修前对机组存在的主要问题判断不准，检修项目确定及检修方案制定有一定盲目性，造成主要检修目的未达到，甚至导致设备检修后不能正常开车，如：发电机组减速机推力轴承温度高，返工多次才得到改善。透平调速器外委拆检维修后，油动缸行程调整不当，导致机组无法正常开车。

(2)检修质量把关验收不严，造成设备检修后状态不佳。聚甲醛固液分离机组因装配间隙不合格，检修后开车时转子抱死。贫液泵轴瓦间隙偏大，导致机泵振动超标，联锁跳车。

(3)检修关键参数数据不清楚或者把关不到位，导致检修返工。BB5型式的多级离心泵，安装时串量间隙太小，导致机泵装配后盘车不灵活，最后被迫返修处理。

2 典型问题处理措施

文章主要结合往复式压缩机自试车、试运行、正常运行、维护保养、计划检修等过程问题处理为出发点进行分析总结。具体以沈阳透平机械股份有限公司的六列对称型平衡往复式压缩机，6个气缸对称分布在曲轴箱两侧，其中一段压缩有3个气缸，布置在左侧，二段压缩有2个气缸、三段压缩1个气缸布置在右侧。运行之初，存在设备及管道振动大，轴瓦损坏频次高，实际工艺气量较原设计偏少、偏轻，导致入口气量偏低，且波动大等一系列问题，导致压缩机无法运行。结合实际运行情况，最终实施以下改造，实现机组安全稳定运行[2]。

2.1 优化工艺操作

尽量增加入口气量。

2.2 管线加固

联合设计院、高校对振动管道及结构进行分析，并对压缩机一回一管线、一级进出口管线、二回二、二级进出口管线、三级出口管线等增加了管道报卡加固，且报卡内部增加缓震垫，同时管道支架、支撑尽可能落地生根。

2.3 增加减震孔板

在压缩机一级入口靠近缸体侧、出口靠近缓冲罐法兰处，二级出口缓冲罐出口法兰增加了限流，改善进出口气体的稳定性，减少气流脉动，引发缓冲罐振动。

2.4 增大一级入口缓冲罐，改变一回一管线布置

将压缩机一级入口分液罐容积增大10倍，提高入口气量，并同步将配套管线进行重新布置。

2.5 调整一级气缸余隙

根据气量偏小的实际工况，增大压缩机一级气缸的固定余隙，以减少一级回流，最终通过计算在一级缸盖处增加70 mm厚垫环，同时可以减缓气缸排气时发生的脉冲流量波动和管线振动。

2.6 优化附属设施，确保薄弱环节安全

振动过程中承插焊法兰结构形式的导淋阀容易在焊缝处断裂，改造为整体锻造阀门，减少阀门断裂的风险。切割原缓冲罐部分支腿，减少支腿过长在运行过程中摆动造成的应力集中，降低拉裂罐体的风险。对与机组相连的冷却水等接管连接改为金属软管连接。每月对各导淋、预留口法兰焊缝进行渗透检测，以便及时发现焊缝缺陷，降低事故发生率。

2.7 一入口分液罐增加高效分离内件

根据工艺气体中含有较多杂质，液含量波动较大，还有结蜡等特点，考虑到稳定操作，大含液量碰撞，所以在一级入口分液罐增加高效分离器，并采用了高效双袋型分离叶片的结构形式，分离器进行垂直布置错流操作，大大降低所需叶片面积和液相二次夹带。通过实际运行分液效果明显，气阀固体颗粒堵塞现象减轻，压缩机整体液含量降低30%，固体含量降低80%以上。

2.8 制定完善的检修及维护计划，确保设备长周期运行

(1)制定合理的小、中、大修周期及深度，并且严格执行。小修(累计运行时间60～90天)，检修内容主要结合压缩机运行中出现的一些小故障进行排除和修理，如气、水、油系统出现的渗漏现象；各连接部位的螺栓松动、气阀故障等；以及不正常的振动、响声、过热、轴瓦温度高等现象。中修(累计运行时间5～7个月)包含小修内容并对填料、气阀、活塞、各轴瓦等部件进行检查，视磨损情况进行修复或更换。大修(2年)包含中修内容，并增加检查曲轴、连杆主要几何精度、尺寸和磨损情况及有无裂纹，机组总体对中情况，电动机及其他附属设备检修，大修期间必须对一些部件进行更换，主要有：所有易损件(活塞环、支承环、填料密封环、气阀)，连杆螺栓；十字头液压连接紧固装置中的承压胶圈；主轴瓦、连杆大头瓦、小头套。

(2)开展科学的状态监测及特护工作。针对压缩机机身振动、气阀温度、主轴瓦温度、活塞杆下沉等设置状态监测点，定期监测并进行监测诊断。实行包机制，负责技术员每天要查看机组运行参数，对异常参数等进行分析处理。制定“机、电、仪、管、操”五方联合特护小组，明确特护职责、内容、奖惩等办法，建立起长期、规范的维护制度，针对易发生问题的薄弱环节明确巡检制度。

通过上述前4项措施解决了压缩机一、二、三段负荷不匹配和设备、管线振动的问题。设备及管线振速降幅明显，一级出口管线由原来26 mm/s降为13 mm/s；二级出口管线由原来51 mm/s降为18 mm/s；三级出口管线由原来59 mm/s降为20 mm/s，能够稳定运行。后3项实施以来压缩机运行趋于好转，且实现良性安全运行。

3 保障大型转动设备稳定运行主要管理措施

3.1 做好问题分析、改进及总结工作

客观分析问题发生的本质原因，完善大型动设备操作规程，明确开停车审批流程；非正常停机的大型动设备，原因未经查明不得启机。从工艺、设备、安全等不同维度注重典型问题的收集整理，制定切合实际的防范措施，并持续检查、监督措施落实情况。

3.2 优化工艺操作，开展设计“回头看”

设备运行各项参数(工艺/设备)靠近设计指标，并形成标准化操作规程，降低工艺原因对设备运行的影响。做好公用系统的生产保障，防止因蒸汽、脱盐水质量不合格造成机组损坏或性能不良。精心操作，确保装置稳定运行，减少系统原因造成的设备非计划停车，同时避免紧急状态停车造成设备寿命缩短及故障。

3.3 做好日常维护管理，特别是对大机组要进行特护

应建立生产车间、厂机动部门、公司机电部门三级管理和监测体系，选配离线设备监测仪器，实现生产车间全面点检，专业技术人员应每日查看机组运行参数，机动管理部门精密点检、故障诊断机制；充分应用状态检测手段，健全基层单位大型机组监测台账及分析报告，逐步做到机组预控管理和预知维修。每一到两个月要进行润滑油分析，必要时进行全分析，为是否更换润滑油提供技术支撑(机组完好稳定的状况下，品质好的润滑油可运行6～9年，甚至更长)。定期开展机、电、仪、管、操五方联检工作，按月召开大机组特护例会，总结并制定长周期、稳定运行措施，逐步提高机组运管水平。

3.4 加强队伍建设及人员培训工作

目前普遍存在专业技术管理人员流动过快、管理经验不足，忙于事故发生后的处理，对事故的预防缺乏有效的技术支持。要开展“人人上讲台”模式培训，倒逼全员学习，管理人员对操作人员针对性地开展设备操作、维护、典型案例等培训；充分运用专利商、设备供应商专业优势开展专题培训，积极到行业领先企业对标学习，拓宽管理思路，掌握解决问题能力、提高专业人员技术水平。

3.5 针对有运行瓶颈的大型转动设备开展攻关活动

成立工艺、设备、电气、仪表、安全等专业攻关组织机构，从人员职责、数据收集、操作维护、检修改造等方面编制攻坚内容，并组织实施，同时要加强与制造商、设计院沟通，逐步解决制约运行的瓶颈问题。

3.6 坚持计划及预防性检修

根据说明书及机组运行状态，制定计划检修实施方案，明确检修标准、周期、深度、备件储备原则等内容，并严格按照计划进行实施，类似干气密封部件，每次检修必须更换，并且对配套管线附件进行检查，对于装置新投用的无备机的压缩机、透平等，在投用三年内要有针对性的进行计划性拆解，查看内部运行状态，以便精准判断系统运行情况，更好确定后续计划检修方案。

3.7 开展标准化检修，保障大型转动设备检修安全质量

制定设备分级原则，根据系统重要及检修难易程度确定设备类别，依次划分为公司级、厂级、车间级。推行工艺交出、检修过程、试车总结全过程的标准化检修作业程序，从工艺、设备、安全角度编制标准化检修作业包，其中检修过程包括检修周期及内容、检修工序及技术标准、质量验收等重要步骤，强调“步步检查、步步确认”。可以通过选树典型、观摩、总结、推广、评比，持续推动标准化检修工作。

3.8 严格重要设备的联锁管理

制定联锁管理制度，设置合理的联锁保护系统及定值，机组相关联锁严格执行一事一批，同时排查联锁逻辑不合理及单点联锁等隐患，发现问题及时整改处理。严格联锁投用与解除审批程序，严禁未经科学论证和审批程序，擅自修改联锁设定值。

3.9 做好备件管理

在设备采购开始前应制定易损件储备及采购统一原则，此时的备件费用价格较低。生产准备期间根据工艺特性应梳理备件的储备及消耗定额，投入生产运行后，根据设备说明书、设备运行状态及备件采购周期进一步修订备件储备及消耗定额。到货的备件关注质量验收环节，针对独家、进口长周期备件提早进行替代工作。

4 结语

大型转动设备的“安全、稳定、清洁”运行，是一项长期、艰巨的工作，也是一项系统性工程，需要工艺、设备、自动化等各个环节的配合，要按照设备全员管理理念，在设备运行的不同阶段采用不同的措施进行针对性管控，通过主动维护、预防性检修、提高检修质量、风险管理等措施保障大型转动设备运行；采用智能化手段、提高人员专业技能等使大型转动设备发挥更大效能；通过优化备机储备，逐步降低设备维护检修费用；通过不断修改、完善大型转动设备操作规程、检修规程和管理制度，关注工艺运行参数的变化及装置运行的实际工况，不断优化机组的运行环境。任何一个环节出问题都可能会导致具体设备问题，后续要建立全专业的团队来分析和解决大型机组运行问题，最终确保该类设备“安全、稳定、清洁”运行。