透平膨胀机运行异常原因与应对措施

　　重庆朝阳气体有限公司的100 t/d液化装置,由1台4TYC53型三级等温压缩氮压机(额定压力3 MPa)、PZYZ132F型高温增压透平膨胀机(额定转速39300 r/min)和PZYZ123C型低温增压透平膨胀机(额定转速36870 r/min)以及2台换热器组成,氮压机为液化装置提供高压氮气, 2台膨胀机串联运行,为液化装置提供冷量。液化装置采用氮循环,生产液氮和液氧产品。

　　1 故障现象

　　2008年6月,因为原料氮气工艺参数波动而造成100 t/d液化装置紧急停车。而重新启动运行时,发现用于保护高温膨胀机安全运行的密封气差压高,且无法调整。考虑到设备的运行安全性,在2008年7月15日更换了新的叶轮转子部件及石墨气封。但更换后运行时又出现了以下异常现象:启动液化装置把高压氮气导入高温膨胀机,当膨胀机转速缓慢上升到约34000 r/min时开始发出间歇性无规律的异响。点检站随即对膨胀机进行振动监控,再次缓慢升速,当转速提高到36500 r/min时,除异响声增大和振动值大幅变大外,用手触摸时发现外泄的密封气随异响的间歇而波动。

　　2 应急处理

　　由于当时公司生产的需要,液化装置不能停车,只能通过以下方法查找和确认故障原因:

　　(1)用频谱仪检测后发现高温膨胀机最大振动频率值与运行频率无倍数关系;又通过缓慢增加或减少供油温度等改变油黏度的方法,初步排除了油膜振荡的原因。

　　(2)叶轮转子的动平衡由生产厂家直接校核,因为之前高温膨胀机运行平稳,从而排除动平衡的原因。

　　基于以上分析,决定使高温膨胀机稳定在36500 r/min转速下运行,同时加强对它的点检监控。随着运行情况的变化,对其各项相关参数进行了变化趋势分析(见表1),且在对其进行振动监测的基础上,分别于2008年7月21日、7月31日、8月14日缓慢提速,并于8月27日使其转速提高到39220 r/min,液化装置达到了设定产量。随着运行时间的增加,高温膨胀机振动幅度逐渐减小,异响消失,一直安全运行至今。

　　3 故障分析

　　参考高温膨胀机使用说明书,认为高温膨胀机在34000 r/min以上转速运行时的叶轮转子已经超过一阶临界转速而变成柔性轴,加上叶轮转子轴的设计强度、结构等因素,引起高速旋转的叶轮转子在扰动时与石墨气封发生间歇性轻微摩擦,从而出现间歇性异响和振动值变大、波动的现象,且随着转速的提高越趋严重。随着运行时间的增加,石墨气封逐渐被磨损,脱离与叶轮转子的接触,运行情况得到改善。

　　4 经验总结

　　(1)膨胀机在更换备件后的第一次提速,应该在有现场监控的条件下进行,多注意振动、声音、轴承温度的变化。