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空压机运行效率下降、导叶波动原因分析及解决方法

杨瑜亮/南京钢铁联合有限公司制氧厂    

摘要:简要介绍了南钢2#20000m³/h空分设备RIK80-4型空压机运行效率下降情况,并详细分析了空压机效率下降原因,指出空压机导叶波动原因及处理方法、中间冷却器翅片氧化腐蚀原因及国产化使用后所取得的成效,处理后空压机效率明显提高。

关键词:空压机;波动;中间冷却器;翅片氧化腐蚀;堵塞
Cause analysis and treatment of the efficiency decline of RIK80-4 type air compressor&the undulation of the inlet guide vane
Yang yuliang
(Oxygen Factory,Nanjing Iron & Steel United Co. Ltd.; Dachang District; Nanjing 210035; Jiangsu; P.R. China)
Abstract: The operation parameters of Nisco,s 2#20000m³/h air separation unit,during the efficiency declining process of the RIK80-4 type air compressor,are bridfly introduced。The cause of the efficiency decline is analyzed in detail。Introduced the reason and treatment of IGV undulation ,and the oxadation decays of the plate-fin about Intermediate coolers,and the corresponding effect are localized。The efficiency is
raised obviously。In addition, a few words about personal experience are summarized。
Keywords:Air compressor;Undulation ;Intermediate cooler;The oxadation decays of the plate-fin;Blockage
0 引言
  南京钢铁联合有限公司(以下简称:南钢)2#20000m³/h 空分设备于2005年12月28日正式投产使用,其空压机为国外某公司制造的RIK80-4型,额定转速7489r/min,额定功率11000kW,额定电流691A,额定气量111000 m³/h,最大工作压力5.20 bar,2009年开始空压机运行效率明显下降,2010年夏季前工况难以正常建立。经过参数对比和分析后认为,空压机转子级间密封和轮盘密封磨损;中间冷却器堵塞导致冷却效果下降、气量减少是造成空压机效率低、能耗高的最主要原因。经过一系列技术改造和难题攻关,使整个机组恢复正常水平,取得了良好的效果。
1 空压机运行状况
1.1 空压机效率下降

  2#20000m³/h空分设备投产以来,空压机出口流量逐年下降,尤其到夏季生产更是难以维持,机组运行数据发生明显变化,相同运行条件下对机组参数进行对比见表1,进口导叶开度明显增大,空气量达不到设计要求,机组效率低、能耗高,严重影响工况正常建立,导致生产难以持续稳定进行。与1#20000m³/h空分空压机的对比见表2。

1.2 空压机导叶频繁波动

  自从2006年开始空压机导叶频繁波动,导叶执行机构阀门定位器故障7次,先后请厂家技术人员来分析处理,但效果不佳。经多次召开故障分析会,最终找到故障的原因是空压机进口蜗壳处高频振动造成导叶执行机构和阀门定位器的连接松动,最终引起空压机放空或停机故障。机组进气蜗壳处振动值17mm/s。(具体振动情况见图1)。

2  原因分析

2.1 密封效果不好、空气泄漏

  空气泄漏分为外漏和内漏。外漏是从轴端密封处向机壳外漏气,检查机壳外没有发现漏气现象。内漏是指级间窜气使压缩过的空气倒流,重复压缩。严重的内漏会使空压机能量损失增加,级效率和整机效率下降,排气量减少,整个压缩机偏离设计工况。内漏会使低压级压比增加,高压级压比下降,该级进排气温度升高,查看DCS显示画面的各级压比及温升情况,除一级冷却器进气温度高于其他冷却器外无明显变化,加之空气量偏离设计值下降有15000m³/h,因此判断可能有一部分气量减少是因为此原因,在2010年底检修时发现转子各级叶轮级间密封磨损正常。除二级轮盘密封磨损少许外,其余一、三、四级轮盘密封磨损量很大,最大处磨损量超过5mm。

2.2 空压机导流叶片、转子叶轮磨损或积灰过多

  空压机导流叶片、叶轮叶片磨损或积灰过多均有可能引起空压机排气量下降。依据日常振动、位移等数据监测情况,设备运行长期平稳,期间除导叶波动造成机组几次停机外并无其他影响因素,同时日常工作中坚持半个月用蒸馏水对叶轮进行一次冲洗。综合考虑此因素基本可以排除。

2.3  空压机自洁式过滤器阻力大

  空压机过滤器阻力过大,将会使吸入压力降低、空压机排气量减少,能耗增加。2009年夏季空压机效率明显下降时,过滤器阻力为400Pa。属于正常范围,排除此项原因。

2.4 中间冷却器泄漏

  RIK80-4空压机为4级压缩3级中间冷却,运行时三级进气压力为0.428MPa,低于0.44MPa的水泵供水压力,如果中间冷却器泄漏,冷却水将进入气侧通道,夹带在气流中进入叶轮及扩压室。长期泄漏会造成结垢、堵塞,进而使排气量减少,甚至破环叶轮及转子动平衡,危及压缩机运行安全。但是通过检查发现机组振动正常,各级冷却器疏水器没有出现大量排水现象,基本排除中间冷却器泄漏的可能。

2.5中间冷却器冷却效果差

  查阅空压机操作运行记录,发现2006年空压机6只中间冷却器(每级左右各一只)出口冷却后空气温度与水泵给水温度之间最高为8.5℃、最低2.3℃,而到2009年温差扩大为最高16.9℃、最低2.6℃。这说明空压机中间冷却器的冷却效果明显变差,使压缩机等温效率下降。影响中间冷却器冷却效果的因素如下:①冷却水量不足;②冷却水温过高;③冷却水质很差造成水管结垢或有机杂质如菌类、藻类物质堵塞④冷却器气侧冷凝水未及时排放,影响换热面积或换热效果。

  冷却水量和水温都正常,冷却器疏水器正常工作。因此判断中间冷却器是否结垢或堵塞,必须对中间冷却器进行抽芯检查并处理。

3  中间冷却器检查及处理

3.1  冷却器抽芯检查

  2010年3月利用大项目中厚板卷厂停产机会对空压机进行检修,抽出6只冷却器芯进行检查,发现冷却器大部分换热铝翅片氧化腐蚀严重,个别冷却器铝翅片大面积脱落并且部分铜管暴露,翅片轻轻一碰就碎,倒伏现象较为严重,冷却器迎风面积垢严重,空气流道被堵塞。水侧管道内部检查无明显结垢和堵塞现象。对冷却器翅片进行清洗和吹扫处理,安装后效果不明显。分析认为冷却器铝翅片长期被空气中所含化学物质腐蚀氧化,铝翅片倒伏、脱落后堵塞空气进风流道是造成空压机空气量明显下降的直接原因。

3.2 冷却器国产化替代

  由于冷却器芯翅片倒伏、腐蚀情况严重导致生产无法正常运行,尤其是大气温度达30℃时空气量就不足,造成2#20000m³/h制氧机正常工艺无法建立,制氧机无法生产。经研究决定在进空冷塔和分子筛前处各增加一根DN50管道,补充氮气保证空分工况正常建立,勉强维持生产,一边紧急进行冷却器芯备件采购,但是由于进口备件价格高(400万元人民币),制造周期长(一年)。迫于实际情况,经过对国内知名冷却器专业制造厂家考察、交流,决定对冷却器芯进行国产化替代。根据冷却器安装图纸制定技术文件和具体要求:根据钢厂实际情况要求将原来铝翅片更换为TU2铜翅片,减少空气中化学物质对翅片的氧化腐蚀,增强翅片强度等。管板等其余材料选用304不锈钢。另外,根据实际使用情况去掉原来冷却器中不锈钢丝网气水分离器,减少机组运行中空气阻力。在保证机组安全的前提下,多方位保证机组效率不受影响。

4   空压机进口导叶频繁波动原因分析

  经多次召开故障分析会,最终找到故障的原因是空压机进口蜗壳处高频振动造成导叶执行机构和阀门定位器的连接松动,最终引起空压机放空或停机故障。通过与济钢进行技术交流、对标管理及借鉴经验,对阀门定位器的安装方式进行改造,更换执行机构,将阀门定位器同执行机构分离安装,此难题故障随之得到一定程度解决。但是在随后的运行过程中依然发生过波动现象,2010年10月份经过再次研究讨论,参照其他20000m³/h空分空压机进口管道与机组连接方式,对RIK80-4空压机进口膨胀节进行改造,使用软连接方式以此降低机组进口蜗壳处高频振动。

5  改进措施及效果

  2010年12月底,依照公司停机检修计划对2#20000m³/h空分空压机进行检修:更换6只国产化冷却器芯;进口管道膨胀节改为橡胶软连接方式;空压机转子及密封器检查。

  空分设备运行正常后,空压机进口蜗壳处高频振动最大值由原来的17mm/s降低到4.5mm/s,设备振动明显恢复正常,导叶波动问题彻底解决(判断其原因可能是因中间冷却器翅片倒伏、腐蚀严重引起的相应表现,翅片倒伏后翅片间隙变窄,造成气流阻力增大,空气量减少,生产能力下降,并且因气流不畅导致涡流增强。迫使进口处蜗壳振动增大,导叶波动频繁)。中间冷却器更换后出口空气温度与水池给水温差最高为8.4℃、最低温3.5℃,完全达到空压机设计参数。同样负荷下空压机电流比处理前减少了40A,见表2,每小时节电623kW.h,每年降低电耗523万kW.h,按目前工业用电0.65元/kW.h计算,全年节约电费340万元。经济效益明显。

  空压机检修中发现转子各级轮盘密封器均有不同程度的磨损,最大处磨损量约5mm。决定在采购备件后进行更换,使空压机运行参数恢复到设计值。最终从检修结果看,密封器损坏影响程度大约为每小时多耗电能300kW.h。每年多耗电费约160多万元。

6  经验和启发

  空压机是整套空分设备最关键设备之一,也是能耗占比最大的部分。因此在平时的设备点检维护中,一定要加强对设备运行参数的记录和比较,确保设备安全、平稳、高效且经济运行。在确保水质供应正常的前提下,中间冷却器的冷却效果好坏;机组级间密封和轮盘密封是否磨损严重是影响整个空压机机组效率的最主要因素。

  根据设备运行参数变化情况及时进行状态检修。全方位、多角度对存在问题进行分析,快速准确发现故障原因并解决。

  RIK80-4空压机冷却器是我厂进口设备关键备件国产化的又一成功案例,使我们在生产中不断总结经验,在确保设备可靠运行前提下,进行的思路创新和观念转变,大大缩短采购周期(从合同签订到设备到厂共计3个月),减少采购成本(国产化仅100多万元,可节约成本300万元),降低维修费用,适应公司发展要求。


参考文献

【1】黄钟岳,王晓放.透平式压缩机[M],化学工业出版社,2004.8.

【2】毛绍融,朱朔元,周智勇. 现代空分设备技术与操作原理[M] .杭州: 杭州出版社,2005.11.

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  评论人:不锈钢网   打分:0 分  发表时间:2015-7-25 14:10:18
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