【壓縮機網】塔里木化肥原料氣壓縮機為多級離心式壓縮機，該機由沈陽鼓風機股份有限公司制造，該機于2010年5月投入裝置正常生產。2014年12月9日因尿素裝置汽提塔內漏而裝置停運，合成氨裝置一直處于50%負荷運行，循環(huán)水兩臺電泵A\C運行，10點52分循環(huán)水電泵A因接線盒爆，電網晃電，造成兩臺電泵停運，循環(huán)水斷水，11點5分啟動B泵，循環(huán)水壓力為0.2MPa(G)，12點29分C泵啟動,雙泵運行，在此期間除了一段爐外，其它裝置停車。為盡快恢復裝置生產，原料氣壓縮機一直處于自循環(huán)工作狀態(tài)，11點33分38秒因原料氣壓縮機回流管路溫度高，其管線外表面溫度達到283℃，內操按正常程序停機，后經兩次試開機組，汽輪機無轉速，確認壓縮機內部因高溫發(fā)生故障，12月10日壓縮機進行解體檢查，對轉子進行徑向跳動量及彎曲度檢查，對壓縮機損壞部件進行了更換，對此，就原料氣壓縮機循環(huán)回路溫度高的事故原因進行了調查、分析。壓縮機轉子高溫情況見圖1。
1原料氣壓縮機組有關情況介紹
該壓縮機組用于化肥合成氨裝置轉化系統(tǒng)，其作用是將天然氣進行壓縮，為一段轉化爐提供生產氫氣的轉化原料。原料氣壓縮機為多級離心式壓縮機，一個缸體，一段壓縮，其型號為BCL405，壓縮機有5個葉輪，葉輪為一個方向排布，采用平衡管方式平衡其軸向力，其軸封采用了串聯式干氣密封，汽輪機為中壓冷凝式透平，其型號為SVKJPE5，由美國Elliott公司生產，機組有關參數如下：
1.1 機組有關參數，見表1
1.2 壓縮機主要工藝流程
原料氣壓縮機為一段壓縮。來自末站的天然氣壓力1.866MPa(G)，溫度為25℃（夏季），進入壓縮機被壓縮至4.36MPa(G)，溫度為115℃左右，進入一段轉化爐與水蒸汽反應產生工藝所需的氫氣。
為防止壓縮機喘振，在工藝回路流程中設置了防喘振閥01FZI4130，在機組開車過程中，防喘振閥處于全開狀態(tài)，當汽輪機達到z*低工作轉速8910rpm時，防喘振閥處于工作狀態(tài)，防喘振閥可設置為自動或手動模式，可根據生產要求對防喘振閥開度大小進行調節(jié)[1，2]。
機組停車有兩種方式，一種為正常停車，另一種為緊急停車。正常停車程序為打開喘振閥,將汽輪機轉速降至8910rpm，在操作屏幕上點停車按鈕，汽輪機轉速會快速下降至1000rpm,然后按緊急停車按鈕。緊急停車指在汽輪機工作轉速下，直接按緊急停車按鈕而快速停機，此時防喘振閥處于緊急全開狀態(tài)[3，4]。在防喘振回路上設置了水冷卻器，其作用是將壓縮機循環(huán)流量的熱量帶走[5]。其工藝流程圖見圖2。
2壓縮機回路高溫事故介紹
2014年12月9日10點52分因循環(huán)水電泵A接線盒爆，兩臺循環(huán)水電泵停運，循環(huán)水斷水，造成除一段爐外，其它化肥裝置全部停車，為盡快恢復生產，原料氣壓縮機一直未停機，10點56分13秒內操在手動模式下打開喘振閥，使壓縮機氣量進行自循環(huán)，因壓縮機循環(huán)回路溫度高，11點33分38秒按正常停車程序停機組，11點44分18秒機組完全停止，在此過程中外操發(fā)現壓縮機循環(huán)回路溫度在不斷上升，11點28分防喘振閥閥體溫度已高到283℃，管線及壓縮機殼體外表面已開始冒煙，而內操通過監(jiān)屏，觀察01TIA4139及01TI4138點z*高溫度為95.8℃，在正常指標內，未發(fā)現溫度異常。機組運行情況見圖3
3事故原因分析
3.1 循環(huán)回路溫度高原因分析
將機組的運行參數及與機組有關的工藝參數從ITCC及DCS中調出得到表2
對表2及圖3進行分析，并結合操作人員對事故經過的描述，情況總結如下：
?。?）在正常工作時，壓縮機防喘振閥開度為24.95%。從10:56:18秒喘振閥開始進一步打開，壓縮機流量進入自循環(huán)狀態(tài)，其開度為55.33～80.57%。
?。?）在高轉速下，壓縮機防喘振閥打開，其流量處于自循環(huán)狀態(tài)的時間，即從10:56:18秒到11:38:17秒，持續(xù)的時間為42分鐘。
（3）機組未進行緊急停車操作，而是按正常停車操作，于11:35:03秒手動停車，11:44:39秒完全停下來。
?。?）壓縮機入口溫度從4.9℃逐漸上升到51.4℃
?。?）壓縮機出口溫度變化不大，在流量自循環(huán)過程中其溫度z*高為103.3℃，在指標120℃之內。
?。?）外操反映壓縮機流量循環(huán)回路的溫度不停升高，管路外表面溫度z*高達到283℃。
?。?）z*終循環(huán)回路管線及壓縮機外表面出現冒煙。
?。?）10點52分循環(huán)水電泵A因接線盒爆，緊接著電網晃電，造成兩臺電泵停運，循環(huán)水斷水。
?。?）11點5分啟動B泵，循環(huán)水壓力為0.2MPa（G)，12點29分C泵啟動雙泵運行，循環(huán)水正常，其壓力為0.47MPa(G)。
?。?0）內操通過計算機操作屏幕監(jiān)控01TIA4139及01TI4138測溫點并未發(fā)現溫度異常。
在壓縮機流量處于自循環(huán)過程中，其產生的熱量由防喘振冷卻器帶走，根據上述情況可以看出,10點52分到12點29分壓縮機冷卻器處于斷水或水量不足的狀況，壓縮機產生熱量無法及時帶走，造成整個回路（包括壓縮機本體）溫度上升。
對于壓縮機進、出口測溫點01TI4138
及01TIA4139，在操作屏幕畫面上標注在A1及A2位置，而在實際流程中，其位置在B1和B2點見圖2，其位置處于流量循環(huán)回路之外，且安裝點遠離回路，當壓縮機流量打循環(huán)時，這兩點溫度不能反映壓縮機的進、出口溫度，所以監(jiān)屏人員未發(fā)現01TIA4139及01TI4138點的溫度異常。
3.2 汽輪機沖轉失敗原因分析
事故出現后，對機組進行了兩次試開，汽輪機調速閥開度分別達到了23%及31%，但汽輪機轉速為零，汽輪機沖轉失敗，在正常情況下，調速閥開度達到31%時，汽輪機已達到正常工作轉速10868rpm，說明壓縮機內部出現了故障，在高溫作用下，壓縮機內部動、靜部件有嚴重的粘連、卡澀現象。壓縮機結構裝配見圖4。
1 軸向推力軸承 2 徑向軸承 3干氣密封 4前軸封 5外筒體 6蓋板密封 7 轉子軸 8 隔板密封 9 隔板 10葉輪11 平衡盤梳齒 12 后軸封 13 干氣密封 14 徑向軸承 15 聯軸器 16 前蓋板 17 內筒 18 滾輪 19 平衡盤背帽 20 后蓋板
經對圖4分析認為，壓縮機動、靜部件粘連、卡澀可能由以下幾方面造成：
?。?）隔板變形造成葉輪與隔板摩擦，轉子不動；
（2）蓋板密封與葉輪摩擦造成轉子不動；
（3）隔板密封與轉子軸摩擦造成轉子不動；
?。?）干氣密封動靜環(huán)損壞造成轉子不動；
?。?）轉子前、后軸封與軸摩擦造成轉子不動。
對于上述問題，均需對壓縮機進行解體檢查、確認，將轉子兩側干氣密封拆出后，干氣密封完好，未發(fā)現異常，將前蓋板拆除后，未發(fā)現前軸封粘連、卡澀及損壞。
在拆除兩側的徑向、軸向推力軸承、壓縮機側聯軸器鼓、干氣密封及前蓋板后，使用專用工具將轉子內筒從前端拉出，當液壓泵壓力上升至20MPa時，內筒僅向外軸向移動了3.5mm，此時固定內筒螺栓絲扣已變形松動，為防止壓縮機重要部件損壞，此法作罷，內筒未能拉出，分析認為其原因可能如下：
1) 壓縮機內的滾輪將外筒體內壁拉毛而卡澀；
2）平衡盤密封損壞、卡澀；
3) 后軸封損壞而粘連、卡澀。
經決定拆除后蓋板，采取后頂前拉的辦法將內筒拉出，在用頂絲拆除后蓋板時，發(fā)現后蓋板也僅能移動3.5mm，說明平衡盤密封或后軸封存在粘連、卡澀，而滾輪將外筒體內壁拉毛而卡澀的推論基本上可以排除，因平衡盤密封或后軸封材質為鋁合金，此處為薄弱環(huán)節(jié)，強行拆除不會損壞其它部件，同時平衡盤密封及后軸封備件齊全，所以對后蓋板進行強行頂出，拆除后發(fā)現后軸封端面與平衡盤背帽端面融化粘連在一起，其情況見圖5。
3.3 后軸封融化粘連原因分析
壓縮機回路管線外表面溫度達到283℃，可預測壓縮機內部溫度z*高在300℃之內，該溫度不足以使鋁合金材料LD10融化，經查該材料的熔點為700～750℃[6]，內筒解體后，蓋板密封及隔板密封（材質LD10）完好就充分說明了這一點，后軸封在壓縮機外側，其溫度遠低于壓縮機內部溫度，理論上講后軸封更不可能融化。
對壓縮機結構裝配圖分析發(fā)現，壓縮機轉子前側為定位端，后端為自由膨脹端，在壓縮機運轉時，后軸封端面與平衡盤背帽端面之間相對轉動，其間隙為0.2mm[7]，正常工作時，轉子z*高溫度為120℃，當轉子受到300℃溫度作用時發(fā)生軸向膨脹，因前端為定位端，其軸向膨脹量向后端移動[8]，造成后軸封端面與平衡盤背帽端面接觸，轉子高速旋轉，其端面產生的高溫摩擦熱將后軸封端面融化，在未停車前，為融化狀態(tài)，并不影響轉子運轉，當機組停車后，溫度降低，后軸封端面鋁合金凝固，與平衡盤背帽端面粘連在一起。
4修理及對策
出現高溫事故后，對壓縮機進行解體，從外觀上看，除了壓縮機后軸封端面融化損壞及平衡盤梳齒條個別損壞外，其余部件完好，對此做出以下決定：
?。?）對轉子的彎曲度進行檢查，其z*大徑向跳動量為0.02mm,設計值小于或等于0.03mm,轉子符合要求，可以使用。
?。?）對轉子后軸封及平衡盤梳齒進行更換。
?。?）對內筒體外表面O形圈進行更換；
?。?）對轉子平衡盤背帽端面粘連金屬進行車削、清除。
?。?）對于壓縮機進、出口測溫點01TI4138及01TIA4139，與設計院聯系，擇機將現有位置B1及B2改為A1及A2。
?。?）因防喘振閥冷卻器受高溫作用，經試壓檢查，17根換熱管存在泄漏，進行了堵管處理。
為防止此類事故的再次發(fā)生，做以下要求：
1）當循環(huán)水水量不足或斷水時，壓縮機必須按緊急停車進行處理。
2）加強業(yè)務培訓，操作人員對機組的測溫點、測壓點及流量測點的實際位置要清楚，在出現異常時，能及時做出正確判斷。
3）內、外操要加強通訊、聯系，同時加強培養(yǎng)內、外操果斷處置事故的能力。
5結束語
本文對原料氣壓縮機的基本情況及工藝流程做了闡述，介紹了壓縮機流量循環(huán)回路溫度高、循環(huán)回路管線及壓縮機外表面冒煙、壓縮機后軸封融化、粘連的事故現象及特點，對壓縮機循環(huán)回路溫度高、汽輪機沖轉失敗、后軸封融化粘連的原因進行逐項分析，確認了該事故是因循環(huán)水斷水或水量不足導致壓縮機熱量無法帶出而造成的，轉子軸高溫伸長致使壓縮機后軸封高溫融化而粘連，對損壞部件如后軸封、平衡盤梳齒及O形圈等進行了更換處理，對轉子彎曲度進行了檢查確認，對防喘振閥冷卻器泄漏管進行了堵管處理，并采取了相應措施，防止類似事故的再次發(fā)生。
1原料氣壓縮機組有關情況介紹
該壓縮機組用于化肥合成氨裝置轉化系統(tǒng)，其作用是將天然氣進行壓縮，為一段轉化爐提供生產氫氣的轉化原料。原料氣壓縮機為多級離心式壓縮機，一個缸體，一段壓縮，其型號為BCL405，壓縮機有5個葉輪，葉輪為一個方向排布，采用平衡管方式平衡其軸向力，其軸封采用了串聯式干氣密封，汽輪機為中壓冷凝式透平，其型號為SVKJPE5，由美國Elliott公司生產，機組有關參數如下：
1.1 機組有關參數，見表1
1.2 壓縮機主要工藝流程
原料氣壓縮機為一段壓縮。來自末站的天然氣壓力1.866MPa(G)，溫度為25℃（夏季），進入壓縮機被壓縮至4.36MPa(G)，溫度為115℃左右，進入一段轉化爐與水蒸汽反應產生工藝所需的氫氣。
為防止壓縮機喘振，在工藝回路流程中設置了防喘振閥01FZI4130，在機組開車過程中，防喘振閥處于全開狀態(tài)，當汽輪機達到z*低工作轉速8910rpm時，防喘振閥處于工作狀態(tài)，防喘振閥可設置為自動或手動模式，可根據生產要求對防喘振閥開度大小進行調節(jié)[1，2]。
機組停車有兩種方式，一種為正常停車，另一種為緊急停車。正常停車程序為打開喘振閥,將汽輪機轉速降至8910rpm，在操作屏幕上點停車按鈕，汽輪機轉速會快速下降至1000rpm,然后按緊急停車按鈕。緊急停車指在汽輪機工作轉速下，直接按緊急停車按鈕而快速停機，此時防喘振閥處于緊急全開狀態(tài)[3，4]。在防喘振回路上設置了水冷卻器，其作用是將壓縮機循環(huán)流量的熱量帶走[5]。其工藝流程圖見圖2。
2壓縮機回路高溫事故介紹
2014年12月9日10點52分因循環(huán)水電泵A接線盒爆，兩臺循環(huán)水電泵停運，循環(huán)水斷水，造成除一段爐外，其它化肥裝置全部停車，為盡快恢復生產，原料氣壓縮機一直未停機，10點56分13秒內操在手動模式下打開喘振閥，使壓縮機氣量進行自循環(huán)，因壓縮機循環(huán)回路溫度高，11點33分38秒按正常停車程序停機組，11點44分18秒機組完全停止，在此過程中外操發(fā)現壓縮機循環(huán)回路溫度在不斷上升，11點28分防喘振閥閥體溫度已高到283℃，管線及壓縮機殼體外表面已開始冒煙，而內操通過監(jiān)屏，觀察01TIA4139及01TI4138點z*高溫度為95.8℃，在正常指標內，未發(fā)現溫度異常。機組運行情況見圖3
3事故原因分析
3.1 循環(huán)回路溫度高原因分析
將機組的運行參數及與機組有關的工藝參數從ITCC及DCS中調出得到表2
對表2及圖3進行分析，并結合操作人員對事故經過的描述，情況總結如下：
?。?）在正常工作時，壓縮機防喘振閥開度為24.95%。從10:56:18秒喘振閥開始進一步打開，壓縮機流量進入自循環(huán)狀態(tài)，其開度為55.33～80.57%。
?。?）在高轉速下，壓縮機防喘振閥打開，其流量處于自循環(huán)狀態(tài)的時間，即從10:56:18秒到11:38:17秒，持續(xù)的時間為42分鐘。
（3）機組未進行緊急停車操作，而是按正常停車操作，于11:35:03秒手動停車，11:44:39秒完全停下來。
?。?）壓縮機入口溫度從4.9℃逐漸上升到51.4℃
?。?）壓縮機出口溫度變化不大，在流量自循環(huán)過程中其溫度z*高為103.3℃，在指標120℃之內。
?。?）外操反映壓縮機流量循環(huán)回路的溫度不停升高，管路外表面溫度z*高達到283℃。
?。?）z*終循環(huán)回路管線及壓縮機外表面出現冒煙。
?。?）10點52分循環(huán)水電泵A因接線盒爆，緊接著電網晃電，造成兩臺電泵停運，循環(huán)水斷水。
?。?）11點5分啟動B泵，循環(huán)水壓力為0.2MPa（G)，12點29分C泵啟動雙泵運行，循環(huán)水正常，其壓力為0.47MPa(G)。
?。?0）內操通過計算機操作屏幕監(jiān)控01TIA4139及01TI4138測溫點并未發(fā)現溫度異常。
在壓縮機流量處于自循環(huán)過程中，其產生的熱量由防喘振冷卻器帶走，根據上述情況可以看出,10點52分到12點29分壓縮機冷卻器處于斷水或水量不足的狀況，壓縮機產生熱量無法及時帶走，造成整個回路（包括壓縮機本體）溫度上升。
對于壓縮機進、出口測溫點01TI4138
及01TIA4139，在操作屏幕畫面上標注在A1及A2位置，而在實際流程中，其位置在B1和B2點見圖2，其位置處于流量循環(huán)回路之外，且安裝點遠離回路，當壓縮機流量打循環(huán)時，這兩點溫度不能反映壓縮機的進、出口溫度，所以監(jiān)屏人員未發(fā)現01TIA4139及01TI4138點的溫度異常。
3.2 汽輪機沖轉失敗原因分析
事故出現后，對機組進行了兩次試開，汽輪機調速閥開度分別達到了23%及31%，但汽輪機轉速為零，汽輪機沖轉失敗，在正常情況下，調速閥開度達到31%時，汽輪機已達到正常工作轉速10868rpm，說明壓縮機內部出現了故障，在高溫作用下，壓縮機內部動、靜部件有嚴重的粘連、卡澀現象。壓縮機結構裝配見圖4。
1 軸向推力軸承 2 徑向軸承 3干氣密封 4前軸封 5外筒體 6蓋板密封 7 轉子軸 8 隔板密封 9 隔板 10葉輪11 平衡盤梳齒 12 后軸封 13 干氣密封 14 徑向軸承 15 聯軸器 16 前蓋板 17 內筒 18 滾輪 19 平衡盤背帽 20 后蓋板
經對圖4分析認為，壓縮機動、靜部件粘連、卡澀可能由以下幾方面造成：
?。?）隔板變形造成葉輪與隔板摩擦，轉子不動；
（2）蓋板密封與葉輪摩擦造成轉子不動；
（3）隔板密封與轉子軸摩擦造成轉子不動；
?。?）干氣密封動靜環(huán)損壞造成轉子不動；
?。?）轉子前、后軸封與軸摩擦造成轉子不動。
對于上述問題，均需對壓縮機進行解體檢查、確認，將轉子兩側干氣密封拆出后，干氣密封完好，未發(fā)現異常，將前蓋板拆除后，未發(fā)現前軸封粘連、卡澀及損壞。
在拆除兩側的徑向、軸向推力軸承、壓縮機側聯軸器鼓、干氣密封及前蓋板后，使用專用工具將轉子內筒從前端拉出，當液壓泵壓力上升至20MPa時，內筒僅向外軸向移動了3.5mm，此時固定內筒螺栓絲扣已變形松動，為防止壓縮機重要部件損壞，此法作罷，內筒未能拉出，分析認為其原因可能如下：
1) 壓縮機內的滾輪將外筒體內壁拉毛而卡澀；
2）平衡盤密封損壞、卡澀；
3) 后軸封損壞而粘連、卡澀。
經決定拆除后蓋板，采取后頂前拉的辦法將內筒拉出，在用頂絲拆除后蓋板時，發(fā)現后蓋板也僅能移動3.5mm，說明平衡盤密封或后軸封存在粘連、卡澀，而滾輪將外筒體內壁拉毛而卡澀的推論基本上可以排除，因平衡盤密封或后軸封材質為鋁合金，此處為薄弱環(huán)節(jié)，強行拆除不會損壞其它部件，同時平衡盤密封及后軸封備件齊全，所以對后蓋板進行強行頂出，拆除后發(fā)現后軸封端面與平衡盤背帽端面融化粘連在一起，其情況見圖5。
3.3 后軸封融化粘連原因分析
壓縮機回路管線外表面溫度達到283℃，可預測壓縮機內部溫度z*高在300℃之內，該溫度不足以使鋁合金材料LD10融化，經查該材料的熔點為700～750℃[6]，內筒解體后，蓋板密封及隔板密封（材質LD10）完好就充分說明了這一點，后軸封在壓縮機外側，其溫度遠低于壓縮機內部溫度，理論上講后軸封更不可能融化。
對壓縮機結構裝配圖分析發(fā)現，壓縮機轉子前側為定位端，后端為自由膨脹端，在壓縮機運轉時，后軸封端面與平衡盤背帽端面之間相對轉動，其間隙為0.2mm[7]，正常工作時，轉子z*高溫度為120℃，當轉子受到300℃溫度作用時發(fā)生軸向膨脹，因前端為定位端，其軸向膨脹量向后端移動[8]，造成后軸封端面與平衡盤背帽端面接觸，轉子高速旋轉，其端面產生的高溫摩擦熱將后軸封端面融化，在未停車前，為融化狀態(tài)，并不影響轉子運轉，當機組停車后，溫度降低，后軸封端面鋁合金凝固，與平衡盤背帽端面粘連在一起。
4修理及對策
出現高溫事故后，對壓縮機進行解體，從外觀上看，除了壓縮機后軸封端面融化損壞及平衡盤梳齒條個別損壞外，其余部件完好，對此做出以下決定：
?。?）對轉子的彎曲度進行檢查，其z*大徑向跳動量為0.02mm,設計值小于或等于0.03mm,轉子符合要求，可以使用。
?。?）對轉子后軸封及平衡盤梳齒進行更換。
?。?）對內筒體外表面O形圈進行更換；
?。?）對轉子平衡盤背帽端面粘連金屬進行車削、清除。
?。?）對于壓縮機進、出口測溫點01TI4138及01TIA4139，與設計院聯系，擇機將現有位置B1及B2改為A1及A2。
?。?）因防喘振閥冷卻器受高溫作用，經試壓檢查，17根換熱管存在泄漏，進行了堵管處理。
為防止此類事故的再次發(fā)生，做以下要求：
1）當循環(huán)水水量不足或斷水時，壓縮機必須按緊急停車進行處理。
2）加強業(yè)務培訓，操作人員對機組的測溫點、測壓點及流量測點的實際位置要清楚，在出現異常時，能及時做出正確判斷。
3）內、外操要加強通訊、聯系，同時加強培養(yǎng)內、外操果斷處置事故的能力。
5結束語
本文對原料氣壓縮機的基本情況及工藝流程做了闡述，介紹了壓縮機流量循環(huán)回路溫度高、循環(huán)回路管線及壓縮機外表面冒煙、壓縮機后軸封融化、粘連的事故現象及特點，對壓縮機循環(huán)回路溫度高、汽輪機沖轉失敗、后軸封融化粘連的原因進行逐項分析，確認了該事故是因循環(huán)水斷水或水量不足導致壓縮機熱量無法帶出而造成的，轉子軸高溫伸長致使壓縮機后軸封高溫融化而粘連，對損壞部件如后軸封、平衡盤梳齒及O形圈等進行了更換處理，對轉子彎曲度進行了檢查確認，對防喘振閥冷卻器泄漏管進行了堵管處理，并采取了相應措施，防止類似事故的再次發(fā)生。
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