压缩机讲座

[打印] [关闭] 发布时间：[2010-01-11 00:00]

空气压缩机排气量下降的原因分析与处理
1 前言
山东莱芜钢铁集团公司4#制氧机是引进德国林德公司生产的12000m3／h制氧机，该装置采用了国际先进水平的制氧工艺，其先进的特点是采用了规整填料塔、无氢制氩、膜式冷凝蒸发器等技术。产品有12000m3／h02、12000m3／hN2、240m3／hL02、100m3／hLN2、410m3／hLAr。该装置于1996年5月开始安装，9月进入试车阶段，1997年7月正式投产。投产后运行状况良好，并且通过了合同要求的运行考核。在其运行近三年后，氧气产量逐步F 降，且精馏工况易产生波动。尤其在2000年9月份以后，氧气产量明显下降，通过对比，氧气产量比1999年同期下降了200~300m3／h。经过初步分析确认，氧气产量下降的主要原因是由于配套的空压机排气量不足造成的，下面就空压机排气量不足的原因分析与处理以及其结构性能作一介绍。
2 空压机简介
该空压机是林德公司为我车间12000m3／h制氧机配套的主体设备，是由Atlas Copco生产的GT系 列离心式压缩机，型号为cT078．L3K3，分三级压 缩，两极冷却。马达是由西门子公司生产的6kV 交流同步电动机。
2．1 整体结构
GT系列离心式压缩机是整体驱动径向式压缩机。有一个主动齿轮，两个高速齿轮，分别与三个 轴连为一体装在水平分列式的齿轮箱内。齿轮是单螺旋、直齿圆柱型的。叶轮装在两个高速轴的悬伸 位置，有利于轴向进气，与蜗壳等部件可*地连接 在齿轮箱体上。
2．2 空气压缩机核心部件
(1)蜗壳 其横断面积沿叶轮转动方向扩展。
(2)转子 由一个或两个悬伸叶轮和压缩机的 小齿轮轴组成。小齿轮轴装有热配正锁推力轴套。
(3)轴封 该轴封为浮动碳环密封，用来密封 叶轮背面和齿轮箱之间的空间，将泄漏降至最小。
(4)叶轮轴向密封 用于把使用封闭式叶轮时 从叶轮出口到叶轮进口的泄漏降至最小。
(5)入口导流叶片 它是一种装在吸人壳中的 标准化组装件，由气动调节可实现均匀无级调节。
2．3 GT078．L3K3型空压机的有关性能参数
表1中数据其设计值均是查自林德公司提供的 技术资料，在实际运行中所监控的参数点并不完全 与其一致。
表1 空气压缩机性能参数
项目         压缩机数据         设计保证值         实际值
空压压缩机         排气流量，m3／h         61400         5000~62000
        实际入口流量，m3         73379         ＜74060
        一级吸入口压力，MPa         0.0974         0.096~0.098
        一级入口温度，℃         30         -12~38
        排出气体压力，MPa         0.51         0.54
        在P2/P1不变时喘振极限，m3／h         42000         　
        一级振动，μm         29.6         7~8
        二级振动，μm         29.6         12~13
        三级振动，μm         29.4         11~12
        轴承1，℃         80         ＜76
        轴承2，℃         80         ＜70
        轴承3，℃         80         ＜60
        自由端轴承，℃         80         ＜70
        传动轴固定轴承，℃         80         ＜79
        传动轴浮动轴承，℃         80         ＜62
气体冷却器         中间冷却器1后的温度，℃         36         ＜36
        中间冷却器2后的温度，℃         37.1         ＜36
        中间冷却器1后的压力，MPa(表压)         0.09         无监测
        中间冷却器2后的压力，MPa(表压)         0.178         无监测
        总水流量，m3／h         320         无监测
        污垢系数，m2.k/w         2×10-4         无监测
冷却水         上水压力，MPa(表压)         0.343         0.33~0.36
        上水温度，℃         30         ＜30
2．4 空压机运行状态说明
该压缩机自投产后，从空压机轴振动及温度方 面看未出现异常，运转平稳，运行状态良好。从压缩机的出力状态看，即使是在投产后的前两年，其 排气量也相对偏小。这主要表现在受环境因素的影 响较大。当气温达35℃以上时，空气量下降5％。但在使用近三年后，空气压缩机的排气量有明显减 少的趋势，尤其在2000年9月，排气量已不足 55000m3／h，且此时空压机的进口导叶也已接近全开。由于无法保证分子筛均压切换时的空气量，导 致空分精馏工况产生波动，调节困难。为进一步明 确问题，排除环境方面的影响，下面将2000年9 月与1999年9月在水温和气温基本相同的状况下，出力状况比较如表2所示。
表2 空压机同期性能比较
参数
时间         气温℃         水温℃         一级吸入温度℃         二级吸入温度℃         三级吸吸入温度℃         导叶开度%         排气流量m3／h         排气压力kPa         吸入压力kPa
1999.9         20.3         22.4         25         29         28         79         59.60         419         97
2000.9         18.3         25         26         28         27         78.4         56349         408         97
1999.9         21         24.5         24         27         25         71.7         60115         420         97
2000.9         19         24         22         26         26         66.2         56011         408         97
1999.9         22         22.7         21         29         28         67.5         59868         419         97
2000.9         20         23.9         23         26         26         65.8         55866         407         97
1999.9         23         21.3         24         29         26         70.5         59503         419         97
2000.9         21         23.39         22         27         28         81         55869         408         97
1999.9         24         23         27         30         27         68.9         59176         417         97
2000.9         22         24.3         20         26         26         69.7         54800         406         97
1999.9         25         24.1         20         29         28         70.1         58882         418         97
2000.9         23         25.3         23         27         27         79.9         54812         405         97
3 原因分析
影响空气压缩机排气量的因素有以下几个方 面：吸人温度过高；叶轮脏；导流叶片、空压机通道脏；空气过滤室阻力过大；中间冷却器冷却效果 差；入口导流叶片开度错误设置；空压机轴封和叶 轮密封泄漏造成内外损失，降低空压机效率。
针对以上因素，结合空压机的运行参数，首先 排除最不可能的因素，逐步找出影响该空压机排气 量下降的主要因素：
(1)首先从环境温度看吸气温度远低于设计温 度，吸气温度过高的因素被否定；中间冷却器冷却 效果差，从运行参数看其二级和三级吸人温度也明显低于设计值，而且在2000年初已对两只中间冷 却器水侧进行了清理，且上水与回水温差比较明 显，显然中间冷却器冷却效果差不是影响本空压机 气量的主要因素。
(2)从空压机使用状况看，自投产以来运行平 稳未出现错误操作，而且在现场监听也未发现各级 密封有明显的泄漏。同时对进口导流叶片开度进行检查，微机显示开度与现场指示开度完全相符且动 作灵活，所以进口导流叶片错误设置也不可能。
(3)从表2中的吸人压力可能看出比设计值低1~1．4kPa，而影响吸人压力的因素：一是环境气 压的变化，是不能人为调节的；二是吸人过滤系统的阻力，第二级和第三级布袋均有阻力仪表，其阻 力值均在正常范围，第一级旋风子过滤器无阻力显 示，但明显的脏，大部分通道已被灰尘堵塞，这也 会影响空压机的吸气量，但不是最主要因素。
(4)通过上述分析，影响空压机排气量的因素 也就只有叶轮脏、人口导流叶片脏、空压机通道脏等 因素了。回顾该空压机的使用历史，尽管空压机的运转平稳，没有出现误操作，但是其空气过滤系统 两级布袋的使用效果是不能令人满意的。所以叶 轮、导流叶片、空压机通道脏是极有可能的。这是 因为这两级布袋过滤器，在两年随机备品用完后，曾换过几个厂家的产品进行替代，所使用的布袋不 仅初始阻力高，而且过滤效果也较差，多次检查都 发现布袋背面已透过灰尘，透过布袋的灰尘必将污 染空压机的流通通道。为证实这一观点，我们对空压机作了进一步的检查，对于空压机内部的污垢在 运行期间是不可能看见的，能间接反映的运行参 数，如各级进排气压力、温度也没有全部用仪表显 示，只有吸气和排气的压力和一、二、三级进气温度有指示，其余均未设置，因此我们在现有的情况 下，利用红外线测温仪对空压机的各级排气温度进 行测量，结果见表3。
表3 空压机各级排气温度
参数
变化         一级排气温度 ℃         二级排气温度 ℃         三级排气温度 ℃
最高         119．1         93．7         94．8
最低         105．8         85．4         89．6
平均         110．84         89．97         92．06
表3数据是2000年9月20日以后连续测量10 天，在排除吸入温度的影响后，用20组数据计算的。从表4中可以明显地看出第一级排气温度明显 比二、三级排气温度高出近20℃，而二、三级排 气温度比较一致，因无排气温度的历史记录，只能 作横向比较，按理论计算，一般空压机的第一级压比稍小，其排气温度不应该最高，其问题实质—— 空压机排气量低，就与第一级排气温度高有直接的 关系，温度过高必将减少空压机的排气量。针对该 空压机其排气温度高的原因有两条：一是叶轮脏；二是其一级中间冷却器到二级入口之间有一层 lOcm厚的不锈钢丝网，该钢丝网被灰尘堵塞的可 能性很大(该滤网无阻力指示)。如果其被堵，将 引起一级排压高，排压高则排气温度也要相应提高。至此导致该空压机排气流量下降的主要因素归 结为以下几条：
①一级中间冷却器后不锈钢丝网被堵塞。
②进口导叶，一、二级进气口及叶轮脏。
③旋风子过滤器通道堵塞，引起吸人压力下降 是空压机排气量降低的次要因素，一级冷却器芯子 气侧被污染也是空压机排气量下降的一项因素。