空压机进口导叶传动轴承故障引起空分设备工况波动分析及处理

[摘 要]介绍KDON―6000/20000型空分设备因空压机进口导叶传动轴承故障引发的工况波动故障，进而分析故障原因，在空分设备不停车的情况下果断采取应急措施，降低故障时对生产的影响，并在停机检修时消除故障，最后阐述预防措施。

[关键词]空分设备；空压机；进口导叶；工况波动

中图分类号：TB657.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0283-02

进口导叶作为空压机的重要固定元件，安装在叶轮的进口（大部分情况仅在第一级进口前设置）。它由1组彼此联动旋转的小叶片组成，叶片呈放射状分布（径向型导叶是一环形叶栅），每一个叶片均有1个小圆锥齿轮与1个大锥形齿轮圈啮合，可以通过气动、液压或电动的执行机构自动控制大锥形吃轮圈的转动，也可手动控制。小圆锥齿轮则带动叶片转动，从而改变叶轮进口处的流通截面；用于控制流体的压力、流量和流动方向。在空分设备运行过程中，进口导叶一旦出现故障如不及时处理，将对正常生产造成严重影响，甚至被迫停车。

大庆石化公司水气厂KDON―6000/20000型空分设备由中国空分设备有限公司总承包，采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、规整填料上塔及筛板下塔，自2011年11月投产至今运行良好。配套空压机采用杭氧生产的5TYD160型单轴等温原料空气透平压缩机，2013年8月5日发生了一起由于空压机进口导叶故障引起空分设备工况波动甚至空压机超载停机的故障。

1.故障现象

2013年8月5日23：30，操作人员通过DCS控制系统发现空压机进口导叶关小限位报警，实际开度较大，空压机排气量较往常有较大波动，波动曲线呈上升的趋势。当分子筛切换时对空压机电流、下塔液空及主冷液氧液位、精馏塔内压力及各段阻力等工艺参数随之波动，且波动较大。当时空分设备部分工艺参数情况见下表1。

类似的工艺参数波动情况在2013年初也曾发生过。进入夏季以来，气温不断的升高，工况波动程度就逐渐加剧，超负荷状态运行，有超载停机危险。届时全公司将因氧、氮气中断大面积停车。

2.故障原因

经过分析，首先排除了因下游工序用气量不稳定和电网波动对空分设备工况产生影响的原因。

KDON―6000/20000型空分设备自开车以来，由于下游工序生产所需氮气在16000～18000 m3/h之间，空分设备一直接近满负荷运行。空压机进口导叶长时间保持在较大的开度。并且当环境温度升高时，对进口导叶开度影响较大，夏季气温在20℃以上，由于空气温度升高，密度减小，空压机压缩气体的能力明显减弱（如图1所示）。在一定条件下，空气温度上升（T1>T2>T3）会使空压机实际排气压力下降（P1< P2< P3），因此在进气量（Q0）保持不变的情况下，排气压力就降低。这样，在采用恒压控制的条件下，空压机就会开大进口导叶以增加进气量。

进口导叶的开度因气温升高后且要求空压机排气压力恒定，但压缩气体的能力减弱，就需要开大进口导叶。与冬季（进口导叶32%左右）相比，夏季（进口导叶50%左右），增加了空压机的负荷，主电机电流上升。

分子筛切换时，进入末期分子筛升压，需要增加空气量。进口导叶逐渐开大，直到保持出口压力达到设定值。当一只分子筛升压后，所需空气量减小，出口压力升高。正常情况下进口导叶关小，放空阀微开3%～5%，相互配合调整，当装置平稳运行时，进口导叶基本稳定在50%，放空阀全关。此时在关小进口导叶的电信号传送到阀门执行器时，进口导叶不能立即做出反应，表现为阀门不动作，进气量不变，排气压力将继续升高，出口压力高电信号传送到放空阀，放空阀门开大，出口压力降低，达到设定值，但进口导叶实际不动作，定在70%，阀门定位器信号输出关小限位报警，放空阀门开至25%.进口空气量增大，电流加大，空压机负荷增加。进行多次手动关小进口导叶，仍不动作。分子筛再次切换时，升压过程中需要增加空气量，出口压力降低。此时出口压力低电信号首先传送到进口导叶，其次传送到放空阀，进而进口导叶开大，放空阀门关小。相互配合调整至出口压力达到设定值。但进口导叶信号强，先调整，继续开大，且能动作。升压结束后，出口压力高。压力高电信号传送到进口导叶，但进口导叶不动作，再次传送到放空阀，放空阀开大调整至出口压力达到设定值，此时进口导叶86%，放空阀门50%，进口空气量36000 m3/h左右，主机电流超过额定电流高达397 A.空压机超载，各段空气温度、油温、振动、位移都较以往偏高。再次进行手动关小进口导叶，实际不动作。操作人员到现场用手触摸到进气阀阀杆的动作情况以及观察到的指示动作情况完全吻合。

由于进口导叶故障，阀门关小不动作，分子筛切换过程中排气压力忽高忽低，空分设备工况出现波动，塔内压力不稳定，导致下塔液空和上塔液氧液位波动，这样空分设备相关工况参数波动，氧、氮气纯度波动。经过分子筛切换后，空压机各参数偏高，超载运行，电流超高。

根据实际运行情况，气温偏高，进口导叶开度偏大，分子筛切换过程中因进口导叶不动作对工况影响较大，空压机电机过流，严重时空压机的电机通过供电的终合保护仪器，在短时间内保护电机跳闸，防止电机温度过高，大电流产生了高热量，防止电机烧坏，轴承落架，整套空分设备停车。

3.处理措施及效果

由于生产需要，空分设备不能立即停车检修。在保证精馏工况能生产出合格气体产品的前提下，采取了以下应急措施：

1. 保证外网用气量稳定，备用液体产品、外送系统，保证外网用气量。

2. 处理KOSO-AR 3610电子式执行器。

3. 维修手动将进口导叶固定在53%，手动运行。

4. 定时加大排放不凝性气体，增加主冷热负荷。

应急措施启用后，空压机排气压力比较稳定，分子筛切换过程中由放空阀运行调整。空压机各参数稳定，工况基本平稳、安全地完成了生产任务，未够气量由液体产品汽化外送，为公司平稳生产做出了贡献。

在2013年8月10日公司进行大检修时，对空压机系统进行了全面检修。

1.维修检修进口导叶传动机构，更换叶片传动机构的203轴承，加脂，清理内部污垢。

2.更换KOSO-AR 3610电子式执行器的传送履带。（因203轴承破碎，保持架脱落，履带磨损严重）。

3.检修进气蝶阀、放空阀，调整其灵敏度，使其能及时做出相应的动作。

4.处理油系统，更换油过滤器及油

检修后空压机能长期稳定的运行，取得了明显成效。

4.预防措施

1.对空分设备内的各大机组进行危险与可操作性分析（HAZOP）时，要分析到细微的关键零部件。

2.环境温度变化对空分设备的影响，观察进口导叶开度情况，调整气体产量。

3.编写空压机故障应急预案并进行定期演练，提高操作员工的操作技能及应急能力。

4.机组要定期检查和大修，并记录测量数据、更改的零件和修理的部件等内容，并要检验和确定。

5.结束语

空压机的进口导叶是整个空分系统的重要阀门，一定要定期观察、适当维护。空压机组是空分设备的龙头，机组运行时应定期检查以下内容：机器内是否有异常声，各部振动、温度、压力、油箱油位和油过滤器阻力。凡油指示的参数必须记录其数据，注意分析这些数据有无异常变化，如有则及时分析原因，加以处理，使生产过程更安全、更平稳。