鄭博仁 榮寧 孟軍

[摘? ? 要]長北天然氣處理廠空氣壓縮機組在運行期間由于壓縮機旋轉(zhuǎn)組件銹蝕引起轉(zhuǎn)子發(fā)生卡滯、碰磨和咬死等故障，降低了設備的可用性，使得維修成本逐年增加，壓縮空氣因氣液分離器效率降低加重了干燥器的負荷，導致成品氣的水露點達不到工廠供風系統(tǒng)的使用標準，影響了其他生產(chǎn)單元的正常運行，基于以上問題通過采取干氣干燥和改善濕氣氣液分離等技改措施，提高了壓縮機組運行的可靠性，取得了良好的效果，為處理廠其他生產(chǎn)裝置長周期、平穩(wěn)運行提供了強有力的保障。

[關(guān)鍵詞]壓縮機;空氣;螺桿;轉(zhuǎn)子;除銹;干燥;分離;過濾

[中圖分類號]TQ116.1 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–0–02

Research on Measures to Improve the Reliability of Air

Compressors and Evaluation of Effects

Zheng Bo-ren，Rong Ning，Meng Jun

[Abstract]During the operation of the Changbei Natural Gas Processing Plant， the air compressor unit due to the rust of the compressor rotating components causes the rotor to jam， rub and seize， which reduces the availability of the equipment and increases the maintenance cost year by year. The compressed air is caused by gas and liquid. The reduced efficiency of the separator increases the load of the dryer， causing the water dew point of the product gas to fall below the standard of the factory air supply system， and affecting the normal operation of other production units. Based on the above problems， dry air drying and moisture improvement are adopted. Technical improvement measures such as liquid separation have improved the reliability of the compressor unit operation and achieved good results， providing a strong guarantee for the long-term and stable operation of other production devices in the treatment plant.

[Keywords]compressor;air;screw;rotor;rust removal;drying;separation;filtration

1 設備及工藝簡介

長北天然氣處理廠儀表供風系統(tǒng)由兩套空氣壓縮機與干燥器一體化整體撬裝，附屬有過濾器、管路、儲氣罐等設備組成整個系統(tǒng)，是保障天然氣連續(xù)、平穩(wěn)生產(chǎn)的關(guān)鍵設備，壓縮機組由Comp-Air壓縮機公司生產(chǎn)的D150-08A雙級無油螺桿壓縮機和無熱再生型吸附式壓縮空氣干燥器組成，壓縮機額定排氣量25 m3/min，排氣壓力0.63～0.8 MPaG之間，干燥器的再生方式為無熱再生，采用吸附筒雙向交替連續(xù)工作方式，將壓縮空氣中的水分脫離，使其水露點值保持在-40 ℃以下，為全廠各裝置提供正常生產(chǎn)用的凈化空氣和制氮用壓縮空氣。

2 故障類型及分析

2.1 壓縮機轉(zhuǎn)子銹蝕卡滯

D150-08A雙級無油螺桿壓縮機自2006年投入運行，采用一用一備的交替運轉(zhuǎn)模式，設備在前期運行中保持了非常高的可靠性，累計運轉(zhuǎn)約30000h無任何故障，后期由于螺桿轉(zhuǎn)子間隙受軸承正常磨損的影響發(fā)生變化，間隙由正常值0.08 mm減小至0.03 mm，導致壓縮機排氣溫度由正常的160 ℃升至190 ℃左右，設備經(jīng)常會因為排氣溫度高高報警停車，影響了壓縮機組的正常運行，故障發(fā)生后經(jīng)過交涉，生產(chǎn)方表示不具備維護維修無油壓縮機的能力，故采用的策略為整體更換壓縮機或單級機頭，但整體更換并沒有提高壓縮機的可靠性，后續(xù)更換的壓縮機頭在運行60d左右開始出現(xiàn)故障，開車前盤車經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)子沉重、卡滯等問題，制造商認為是壓縮頭螺桿轉(zhuǎn)子間隙調(diào)整精度不相同導致的問題，指派專業(yè)技術(shù)人員在現(xiàn)場對機頭進行了調(diào)整維護，同時采取每日例行對備機進行盤車等措施以防止轉(zhuǎn)子彎曲變形和卡滯，但故障依舊反復存在，甚至出現(xiàn)了螺桿轉(zhuǎn)子組在運行中咬死崩壞等故障而導致設備報廢，自2013年至2019年，長北天然氣處理廠共更換了D150-08A整機3套，1級、2級單個機頭共6套，累計花費設備采購資金共計400余萬元，給生產(chǎn)和資產(chǎn)造成了極大的損失。

2.1.1 故障特征

當壓縮機盤車出現(xiàn)轉(zhuǎn)子沉重、卡滯等問題時，采取的維修措施是立即停止壓縮機的使用，將壓縮機頭拆下解體檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰、陽螺桿在排氣端有輕微的咬磨，從螺桿齒頂部開始，沿齒面均有擠壓和片狀拉傷及剝落的痕跡，并從排氣端到進氣端逐漸減少，陰轉(zhuǎn)子徑向球軸承邊沿有磨損，同步齒圈、齒輪、軸封完好均沒有發(fā)生損壞，從磨損情況來看軸和軸承沒有高溫燒蝕的痕跡，整個機頭內(nèi)殼壁、轉(zhuǎn)子、軸承表面不同程度附著有銹跡，手動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子時而有卡滯的現(xiàn)象。

螺桿壓縮機的齒面主要用于壓縮氣體，利用陰，陽兩根螺桿的凹槽和凸齒相互嚙合形成的一個空腔，它的陰，陽轉(zhuǎn)子并不接觸，兩者之間的動力傳遞是通過同步齒輪來完成的，陰、陽轉(zhuǎn)子的間隙一般為0.08 mm，與殼體的間隙一般為0.1 mm左右，轉(zhuǎn)子排氣端面與排氣軸承座的間隙為0.05～0.1 mm，當陰、陽轉(zhuǎn)子間隙變小時，壓縮機盤車時螺桿就會接觸產(chǎn)生磨損或碰撞，出現(xiàn)卡滯、沉重等現(xiàn)象，在實際運轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子在受熱膨脹、力變形等因素導致轉(zhuǎn)子間隙進一步變小，嚴重時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子咬死等故障，造成壓縮機頭報廢。

2.1.2 故障分析

該型壓縮機頭選用的是角接觸軸承和圓柱滾珠軸承承受載荷，當軸承間隙因磨損變大時，螺桿嚙合間隙變小，轉(zhuǎn)子稍受干擾就會發(fā)生碰磨，在對軸承進行測量檢查中，發(fā)現(xiàn)軸承徑向、軸向游隙偏差在允許范圍內(nèi)，軸承內(nèi)滾珠無磨損痕跡，轉(zhuǎn)動靈活無異常，軸承潤滑狀態(tài)良好。

異物進入，如果有異物進入壓縮機內(nèi)部時，在轉(zhuǎn)子間會被高速碾壓可能在螺桿上反復粘連或形成脫落，造成螺桿本身材質(zhì)跟隨脫落進一步加劇磨損和啃咬的效果，但從現(xiàn)場檢查入口過濾器和壓縮機內(nèi)部構(gòu)件沒有出現(xiàn)破損和脫落，也沒有發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)，基本可排除壓縮機吸入異物的可能性。

當陰、陽轉(zhuǎn)子間隙調(diào)整不當時，間隙過大會造成壓縮機壓縮效率下降，間隙過小會導致在熱膨脹效應下螺桿發(fā)生碰磨，檢查定位銷、齒圈及同步齒輪的嚙合間隙恰當并符合設備的技術(shù)規(guī)范。

2.2 成品氣的水露點低

榆林地區(qū)年平均溫度8 ℃，最冷月平均溫度-15 ℃，年相對濕度39%且不均衡，近年進入秋夏兩季后榆林地區(qū)氣溫變化較大，雨水量明顯增多，此階段壓縮機排出氣體內(nèi)含有的凝結(jié)水量較多，氣液總量超過了氣水分離器和過濾器的的設計處理量，促使壓縮空氣攜帶大量的游離水進入干燥器，其水量在吸附過程中遠遠超過了干燥劑的吸附負荷，從而影響了氣體的露點降，干燥器進入脫附過程中由于干燥劑的比表面積充滿了大量的水，使其脫附周期大為縮短，直接影響了干燥劑的再生效果，這樣的循環(huán)狀態(tài)造成了成品氣的水露點持續(xù)下降，且壓縮空氣在進行脫附工作時，壓力為0.8 MPaG含有大量液體的氣體瞬時由消聲器排出，造成了現(xiàn)場工作環(huán)境的污染。

3 改造方案的選擇

針對空氣壓縮機組運行不可靠、故障頻發(fā)的現(xiàn)狀，有3種方案可供選擇。

第一種方案，整體對空氣壓縮機組進行升級更換改造，出于長期保障生產(chǎn)安全平穩(wěn)的需求最為可靠，但需要前期的設備調(diào)研、論證、設計、審批等流程，周期太長;

第二種方案，由Comp-Air壓縮機制造廠家現(xiàn)場解決故障及更換損壞的部件，由于設備存在生產(chǎn)制造缺陷，且防銹膜層修復工藝非常復雜，制造方明確表示難以保障實施效果。

第三種方案，對壓縮機組存在的問題進行相對的技改措施，控制和改善環(huán)境條件，保障設備具備持續(xù)的可用性和可靠性，經(jīng)過綜合考慮設備的運行狀態(tài)、技改難度、時間周期、費用估算以及現(xiàn)場施工的可行性，對壓縮機的技改措施經(jīng)過了反復的論證，認為此方案可以解決目前設備存在的問題。

4 技改實施方法

4.1 接入干氣干燥設備

在壓縮機停機時，使用低露點、流動的、經(jīng)過除油、過濾、脫水后的干燥純凈空氣以低壓形式對壓縮機內(nèi)部和管道進行持續(xù)吹掃，利用干空氣對水份的吸附能力使壓縮機內(nèi)的水份排出以達到設備干燥、防銹的目的。

4.1.1 實施過程

根據(jù)壓縮機流程一用一備、壓縮空氣出口相通的工藝特點，選擇從各壓縮機組干燥器出口管線下游干氣取樣口三通加裝3/8球閥，引入壓力約為0.63～0.8 MPaG、露點在-40 ℃以下的成品干燥空氣，由PE軟管輸送至針型節(jié)流閥進行降壓節(jié)流，控制其壓力約為0.1～0.15 MPaG之間，然后在壓縮機本體一級排氣消音器端面上開孔攻絲，裝入DN20的單向止逆閥并通過軟管連接針型節(jié)流閥，形成整個閉環(huán)控制，其原理是當壓縮機停機后，系統(tǒng)趨于常壓，由單向止逆閥接入端持續(xù)為壓縮機提供低壓吹掃的干氣，以除去螺桿、軸、軸承、密封件、螺桿殼體和管道中存留的冷凝水，達到壓縮機頭防銹的目的，當壓縮機工作時，系統(tǒng)壓力高于接入干氣管路壓力，單向止逆閥關(guān)閉，停止向系統(tǒng)供氣。

4.2 選用高效過濾器提高氣液分離

壓縮機本體一、二級汽水分離器為旋風分離器結(jié)構(gòu)設計，其原理是當壓縮空氣延筒壁切線方向進入分離器內(nèi)，在容器內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，混在氣體內(nèi)的液滴也跟著一起旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，質(zhì)量大的液滴產(chǎn)生的離心力較大，在其作用下大液滴向容器外壁移動，碰到外壁后聚集長大并失去動能與氣體分離，在重力作用下沉降至底部由排水電磁閥排出，而粒徑較小的液滴卻在氣體壓力的作用下向呈負壓狀態(tài)的中心軸線遷移，隨氣體由頂端出口流向下游。

氣水分離器的工作效率受氣流負荷影響較大，當來氣氣液比較大時，氣流在旋流的同時也推動著液體向氣體流動的方向流動，造成液體流動不暢，隨著氣流流速的增大，著壁液體的厚度增大，液體的碰撞力度也越強，其碎化的傾向越大，會產(chǎn)生更細小的液滴重新進入氣相中被帶走，使設備的分離效率變差，現(xiàn)場由于受限于壓縮機組的結(jié)構(gòu)設計、空間狹小緊湊等缺點，無法對其高徑比等結(jié)構(gòu)進行調(diào)整來提高設備的分離效果。

設在干燥器前端的氣液過濾器為微孔過濾設計結(jié)構(gòu)，微孔直徑為50 μm以下，過濾精度較高但負荷范圍較窄，當氣液混合物的氣液比較大時，過濾出的液體下流不暢，造成容器內(nèi)氣體的流通面積變小，很容易產(chǎn)生液堵現(xiàn)象，使已經(jīng)分離出的液體被氣體重新攜帶進入干燥器內(nèi)，繼而增加了干燥系統(tǒng)的負荷。

5 結(jié)語

自2019年8月對2套空氣壓縮機實施干氣干燥和升級氣液分離器技改措施后取得了良好的效果，大幅降低了壓縮機在運行中的故障發(fā)生率和維修次數(shù)，設備運行正常未出現(xiàn)任何機械故障，各項工藝參數(shù)符合要求，達到了預期的目的，主要體現(xiàn)在以下2點。

（1）壓縮機頭維護盤車時轉(zhuǎn)動靈活，拆下壓縮機消音器后檢查轉(zhuǎn)子和機殼無任何銹蝕，壓縮機運行至目前機頭旋轉(zhuǎn)組件再無出現(xiàn)卡滯、咬死、崩壞等故障，提高了設備的可靠性和可用性。

（2）干燥器的排氣消音器再無大量液滴噴出，干燥劑取樣檢查無任何粉化、變質(zhì)等現(xiàn)象，成品氣的露點在-40 ℃以下并趨于穩(wěn)定，達到了儀表供風的使用標準。

參考文獻

[1] 俞傳河.工藝螺桿壓縮機組的振動原因分析和日常維護[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2014，4（22）：74-76.

[2] 鄭升布.無油螺桿壓縮機主機結(jié)構(gòu)及其設計的分析[J].化工管理，2017（22）：94.

[3] 尚勇軍.無油螺桿壓縮機主機結(jié)構(gòu)及其設計[J].壓縮機技術(shù)，2008（2）：28-30.

[4] 潘俊兵.螺桿壓縮機維護保養(yǎng)及故障處理的研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（11）：104-105.