无油螺杆空压机典型故障分析与研究.pdf

书书书故 障 分 析 年 期（总第 期）无油螺杆空压机典型故障分析与研究马寅洲，方炯，朱志强（国家管网集团川气东送天然气管道有限公司，湖北 武汉 ）摘要：针对英格索兰 无油螺杆空压机日常运行出现的机头锈蚀、冷却器进口管线连接处断裂、主电机过载等典型故障，根据无油螺杆空压机的工作原理，深入分析空压机频繁出现故障原因，对空压机运行方式进行深入探讨，通过平衡压缩空气供耗气量的方式实现单台空压机连续加载运行，避免空压机频繁加载卸载，为无油螺杆空压机的典型故障处理和预防提供了新思路。关键词：无油螺杆空压机；机头；冷却器；主电机；故障分析；优化运行方式中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：，（，）：，：；引言无油螺杆空气压缩机属于回旋式压缩机，主要由压缩空气系统、冷凝水排放系统、润滑系统、冷却系统（空气冷却）、冷却系统（水冷却）、电器系统组成，空气压缩的工作原理是空气通过空压机外壳进气口进入空压机，通过加衬隔音材料的通道进入空气过滤器，再沿着圆形弹性软管，通过进气阀进入第一级螺旋转子压缩，一级压缩气通过中间冷却器降低温度后，第二级空压机进一步将空气压缩至需要的压力。无油螺杆空气压缩机可以实现机组压缩的空气不含油，与有油空压机相比省去了油路系统。为了实现机组排出的压缩空气不含油，在无油螺杆压缩故 障 分 析 年 期（总第 期）机主机中，采用气封、油封等方式，保证压缩腔或转子之间没有润滑油，压缩机的轴承、齿轮等零部件仍采用正常的润滑方式。通常情况下，空压机主机的阳转子与电动机相连并带动阴转子转动，由于转子之间不接触，所以转子的端部有一对啮合的同步齿轮，空压机通过中央的驱动齿轮带动两级转子以不同的速度转动，同时输出不同压力的压缩空气 。无油螺杆空气压缩机操作维护简单，无油路系统特点节省了大量的日常维护成本，在油气长输管道领域被广泛使用。实际上，无油螺杆空压机在运行过程中，也出现较多的运行故障。本文以某天然气长输管道压气站场为例，针对站场 台工频 无油螺杆空压机先后出现的机头锈蚀、后冷却器波纹管断裂、主电机过载故障，深入分析空压机频繁出现故障的原因，并对空压机运行方式进行改善，为无油螺杆空压机的典型故障处理和预防提供新思路。无油螺杆空压机典型故障 机头锈蚀空压机在生产运行时，数次出现一级排气温度高、二级入口压力高报警，加载运行时的空压机内部也会发出低沉异响。在例行测试时，启动机组后出现故障跳车，报警信息为：“故障 （马达转速不够）”。打开空压机本体后盖，通过驱动电机风扇进行手动盘车，确认为机头抱死。由于二级压缩机间隙更小，卡死的可能性较大，故先对二级压缩机进行处理。处理方法为拆除二级压缩机进出口管线，发现壳体内壁与转子上锈蚀严重，拆卸主机单独对主机进行手动盘车，确认一二级主机均被铁锈卡死。问题处理方式为采用煤油冲洗的方式对压缩机进行处理，同时在冲洗过程中，不断手动旋转阳转子，随后一、二级压缩机转子均恢复正常活动。空压机启动后根据实际情况及运行参数变化判断，阴阳螺杆密封线涂层已经出现脱落，使得主机内阴阳螺杆间间隙增大，导致二级主机压缩效率降低，不能及时压缩一级主机出口的空气量，引起一级和二级间压力升高，继而导致排气温度较之前正常温度明显升高。后冷却器与进口管线连接处断裂二级压缩后冷却器进口管线易开裂漏气。由于空压机与冷却器整体成撬，进口管线与冷却器横梁骨架焊接在一起，冷却器一旦出现裂缝随着频繁的负荷加载卸载，裂纹会在焊缝处继续扩大，形成贯穿口。对开裂的二级压缩后冷却器进行铝焊修复，焊接精密度要求较高，需在厂家指导下进行且后期工作寿命难以得到保证。主电机过载故障空压机在正常运行时，数次出现“主电机过载”故障停机。打开空压机的电气控制柜，发现空压机的热继电器红色报警灯亮，将空压机的热继电器复位后，再对空压机进行复位故障可以消除。判断空压机出现“主电机过载”直接原因是热继电器保护动作导致的空压机故障停机。典型故障原因分析 机头锈蚀原因分析对主机内部转子表面涂层影响最大的因素是液态水，会对转子表面的涂层造成严重损害，机组长期以较低加载率运行，一级、二级压缩存在明显压力差，排气压力和温度偏大，会导致空气内大量冷凝水凝结在主机转子表面破坏涂层，机组加卸载临界状态切换时，机器振动值比处于卸载、加载情况时都大，同时频繁加卸载也会引起一二级主机压比的变化。所以如果机组长期频繁加卸载会导致主机磨损偏大和温度升高，从而导致主机零部件寿命缩短 。后冷却器与进口管线连接处断裂原因分析排除空压机自身质量问题，空压机二级压缩波纹管与冷却器进口管线呈“”型连接，结构布置上存在一定设计缺陷。空压机在气体加载卸载时，波纹管在气体推力的作用下频繁伸缩，导致波纹管疲劳，强度降低，伸缩量变大，推力传导到冷却器，导致冷却器部分焊缝及管束连接处受到应力和振动作用开裂。主电机过载故障原因分析空压机采用星三角启动器使空压机电机启动加速时的峰值电流大大降低。空压机降压起动时，主故 障 分 析 年 期（总第 期）接触器和封星点接触器吸合，电机起动达到时间继电器设定时间后封星点接触器断开，封三角接触器吸合使空压机正常工作，空压机正常运转时封星点接触器断开不参与工作。拆卸热继电器、主接触器、封三角接触器和封星点接触器，发现主接触器和封三角接触器的触头均存在明显的烧蚀现象，判断是发热高温氧化导致。其中与热继电器连接的主接触器第二相烧蚀面积最大最严重，动触头存在发黑现象，这是因为封星点接触器只在空压机起动时短暂参与降压启动，电机启动完成后便不吸合工作。究其根本原因，主要是仪表风供气量和耗气量不匹配，单台 工频空压机的供气量大于站场压缩机组的仪表风耗气量，空压机主电机会频繁的加卸载，卸载状态转加载状态时出现电流陡增，产生冲击电流导致触点烧灼，进而使触点接触不良引起发热，最终导致热继电器起跳，空压机过载故障停机。处理措施 运行方式的优化从故障原因深入分析，空压机出现机头锈蚀、后冷却器波纹管断裂、主电机过载的故障，都与空压机的运行方式密不可分。从用户角度解决以上问题，重点是优化压缩空气的供气和耗气量，尽量保持两者平衡 。通过减少空压机的加载和卸载频次，以减少空压机电气元器件冲击电流次数，有利于空压机机械、电气设备的稳定。以某天然气创输管道站场为例，台工频空压机可保证压缩机 用备的干气密封系统隔离气、电机正压通风和气动阀门的用量，采取 台 空压机加载供气，另台空压机休眠的工作模式，每运行 进行空压机工作模式切换。为了保持供气、耗气平衡，运行空压 机 加 载 压 力 设 置 ，卸 载 压 力 设 置 ，休眠空压机设置加载压力 ，卸载压力设置 。（空压机额定排气压力 ）干燥塔共配置 台，其中 台运行，台备用，每周进行轮流切换。干燥塔正常运行时设置的再生吹洗压力为 。现调整备用干燥塔为反吹放气状态，打开备用干燥塔出口阀，再调节反吹手阀进行再生吹洗压力调节，吹洗压力调节为 。反吹的干燥空气通过备用干燥塔出口阀经过加热器后，进入再生罐，通过消声器排出。通过增加排气量，以达到空压机供气和仪表风需气的平衡，使空压机长期处于加载状态。经调整备用干燥塔再生吹洗压力为 时，可保证 、工频空压机在单独运行时都满足一直加载状态。加强空压机的排水措施及波纹管改造采取有效措施改善机组排水，可有效降低空压机排气压力、排气温度，防止机头锈蚀破坏转子涂层。每日定时对备用空压机进行运转测试，以 分钟以上为宜，空压机在下电或者检修期间也必须采用手动方式进行盘车。增加排水频次，每日定时打开备用空压机出口手动阀门排水排污，可通过电子控制的电磁阀排放冷凝水，合理设置电磁阀开启时间，对于高温度高湿度的环境条件，开启时间适当缩短，以 时间间隔为宜；对于已知机头出现破损或破损已修复的情况，需要把手动排水阀长期处于开位，避免液态水贮存在设备内部。另外，将 空压机一级机头和二级机头间的手动排水阀打开，以降低空压机一级排气压力，防止二级进气压力过高引起排气温度过高。改造设备结构，在波纹管四周加工 个拉杆，在一定程度上增加波纹管的强度，允许波纹管有一定伸缩余量，波纹管在气体推力的作用下频繁伸缩，但应力强度因拉杆的约束降低，从而使后冷却器与进口管线连接处的拉力在可承受范围内。开展备件的预防性更换接触器、热继电器、电磁阀等备件对空压机运行起到关键作用，根据每个备件发生故障的频次和自身使用寿命，结合的制定关键设备的备件更换清单，实施有周期有计划的预防性更换，例如空压机每运行 需要开展周期性维护，对交流接触器触头检查，发现隐患进行预防性更换。结语本文对某天然气长输管道英格索兰 无油螺杆空压机发生的典型故障深入分析，根据无油螺杆空压机的工作原理，对空压机在日常运行中频繁（下转第 页）故 障 分 析 年 期（总第 期）件。另外，取叶片金相样置于显微镜下观察，发现有尺寸超过 圆形夹杂，夹杂物为氧化硅、氧化铝和氧化锰的混合物。由于叶片本身含有较多的夹杂物，容易出现点蚀、晶间腐蚀，这可能会引起叶轮片失效。一般认为，由晶间腐蚀裂纹、点蚀坑引起的开裂，在高倍镜下观察，可以观察到裂纹源在到其他方向上的次要裂纹，其次，脆性断裂的发生，往往都是应力集中处所受的应力超过了材料的许用应力而导致的。结合叶片正常状态时的工况，作用于叶片上的应力较低，那么在腐蚀小坑根部所受的集中应力相对于叶片内部夹杂处的集中应力来说，是较低的，造成叶片开裂的主要应力是来自其本身在锻造成型，热处理后形成的内应力，同时内部存在较大尺寸的夹杂，导致夹杂处形成应力集中，在外部应力的作用下，夹杂处的集中应力超过位错塞积群的极限张应力，导致裂纹产生，叶片发生断裂。人员问题 在开产准备试运行的 内，（阀位不在允许误差范围内）始终处于报警状态，但中控人员未及时处置、核实和响应。一方面是因为装置未正式生产，设备仅为试运，无生产压力，重视程度不够；另一方面原因为该厂尾气风机和主风机的 （同一厂家）时常出现阀位误差略偏离 ，触发报警，曾多次被列为糟糕报警（），导致中控监盘人员麻痹大意，潜意识里默认为本次报警的实际阀位误差也不大，不影响设备运行。结语该进口品牌单级高速离心压缩机因做工精细，品质好，可靠性高，故障率低的优势，目前在国内电力、化工等行业的关键性领域应用广泛、占有量高，但又因其很少出现故障，且对装配精度要求高，可供查阅借鉴的有关故障检修、操作指导的文献资料较少。本文针对一起 型单级高速离心压缩机的振动联锁故障，通过对压缩机转子和 实施检修，使机组恢复正常运行，并就故障产生原因深入探讨，为该类设备的日常检修维护、安全操作运行提供一定的借鉴意义。参考文献：，张振武，王文林，沈宁，等 单级高速风机在太西选煤厂的应用 煤炭加工与综合利用，（）：杨洋，李凯，谷卓然，等 风机润滑油乳化问题研究及应对 石油化工设备技术，（）：赵威，李贤，阎国平 大型压缩机挥发性油气的处理回收 过滤与分离，（）：王浩德，刘永文 船用燃气轮机进口导叶自适应逆控制系统的设计与仿真 船舶工程，（）：宋飞，程斌 和 风机在烟气制酸系统的应用 硫酸工业，（）：路遥知马力德国 公司 鼓风机和蒸汽透平机产品技术简介 年全国硫酸工业技术交流会论文集，：吴兴明 汽轮鼓风机振动故障诊断分析及处理 冶金动力，（）：作者简介：林万洲（），重庆万州人，工程师，毕业于中国石油大学（北京）过程装备与控制工程专业，现从事于高含硫天然气集输和净化设备管理工作。：（上接第 页）出现故障的原因深入研究，通过优化空压机运行方式、空压机的排水措施及波纹管改造、及时开展预防性更换等措施改善日常出现的机头锈蚀、二级压缩后冷却器与进口管线连接处断裂、主电机过载等典型故障。这样不仅提高了设备的使用寿命，减少设备故障，还可以提前预防空压机运行隐患，为工业生产中空气压缩机的安全平稳运行提供了一种参考。参考文献：李鹏，刘兆强，杨锋岑，等 无油双螺杆空压机的运行性能 山东大学学报（工学版），（）：甘捷 喷油式螺杆空压机空气含油量超标原因分析及处理 压缩机技术，（）：任志雄 无油螺杆主机性能改善研究 通用机械，（）：作者简介：马寅洲（）男，工程师，硕士研究生，现主要从事于天然气长输管道压缩机组的运行维护管理。：