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离心式制冷压缩机组运行故障浅析

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  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指示值無法与现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.
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