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螺杆压缩机轴封故障分析

螺杆压缩机轴封故障分析

  【压缩机网】1、引言

  双螺杆压缩机是苯乙烯装置的关键设备,其安全经济运行水平直接影响着苯乙烯装置的稳定生产。轴封泄漏是双螺杆压缩机运行过程中的主要故障之一。苯乙烯装置C-3001机组由国内某公司制造,是苯乙烯的关键设备,属于特护机组,其轴封质量和使用寿命是机组安稳长运行的重要因素。机组近期出现异常声音,轴封处有摩擦异响。

  2、机组概述

  该螺杆压缩机型号为LG448/0.028~0.163。机组为固定式抽真空机组,经一级喷水抽吸压缩,入口压力为0.028MPa(A),出口压力为0.163MPa(A),螺杆直径为630mm,长度为1020mm,额定转速为3050r/min,入口流量为448m3/min。由汽轮机(943kW)通过减速齿轮箱驱动螺杆压缩机。盘车装置设在压缩机进气端阳转子上,可连续盘车,盘车转速为30r/min。

螺杆压缩机轴封故障分析

  根据压缩介质的组分,采用喷工艺水内冷,不仅使压缩过程接近等温压缩而节能外,还能减少噪声,又能增加机组的抽吸能力以提高入口真空度。

  该尾气螺杆压缩机组由汽轮机通过金属叠片挠性联轴器直接驱动螺杆压缩机,汽轮机和压缩机安装在共用底座上。螺杆压缩机采用上进下出形式,螺杆压缩机的阴、阳螺杆转子水平且平行地配置在壳体内,靠进、排气端座内的滑动轴承支撑。在阴、阳螺杆上的排气端外侧装有滑动止推轴承,承受由吸入和排出压力差而产生的轴向推力。在吸入侧和和排出侧的轴承与螺杆转子之间设有轴封装置,在轴封装置靠近螺杆转子端与靠近轴承端都充入氮气以防止介质气体和润滑油泄漏。

  3、轴封故障

  压缩机在运行中出现水平振动速度略有增大,轴封处有一定温升,轴封系统排污管收集罐收集到黄色粉末状杂质。

  4、分析检查

  停机后,检查机组同步齿轮,同步齿轮设置在阴、阳螺杆转子在吸气端外侧,同步齿轮的速比与螺杆转子的速比相等。阴、阳螺杆转子靠轴承支撑和同步齿轮厚薄片的调整来保证阴、阳转子之间,转子与气缸之间,螺杆转子端面与气缸壁之间均有较小的间隙。螺杆转子是压缩机的关键部件,阳转子有四个凸齿,阴转子有六个与之相啮合的凹槽。一对啮合的转子旋转运动与壳体上的进气口、排气口组成螺杆压缩机的吸气、压缩和排气三个过程。在吸气与排气之间形成三个压缩腔,因此压缩机的内压比大,抽吸介质的真空度也大。依次清理检查阴阳转子上的同步齿轮各啮合齿,未发现齿接触异常。

  检查压缩机螺杆,螺杆转子型线为SRM-A型线,外径为φ630mm,长度为1020mm,扭角为300o左右。螺杆转子的齿顶和端面上制有密封棱边,转子与壳体之间的微小间隙就靠这些棱边来保证。在拆装时,维修人员用胶皮保护螺杆转子型线和棱边,未发现有摩擦痕迹。阳、阴螺杆转子都是采用锻件加工而成,转子材质为2Cr13,具有足够强度和刚度,对于介质有一定的抗腐蚀性能。

  阴阳转子是依靠一对同步齿轮,使阴阳转子不接触的连续运转,同步齿轮为中硬齿面齿轮,材质为42CrMo,经热处理后,硬度HRC45,齿面经过磨齿,精度等级为655LM。从油站来的压力润滑油,喷到齿面上冷却润滑齿轮。小齿轮、大齿轮分别安装于压缩机吸入端外侧的阳转子和阴转子轴颈上。调整大齿轮的厚齿片与小齿轮啮合时,使螺杆齿型各处的啮合间隙均匀,再将大齿轮的薄齿片与厚齿片错位,使薄齿片齿型的另一面与大齿轮啮合时,具有0.05~0.07mm间隙,在大齿轮上打定位销孔,固定两片齿轮的相对位置,螺杆转子之间都具有一定的间隙,以确保压缩机正常工作。
检查压缩机的滑动轴承,本机进气端在阳、阴螺杆转子的密封装置与同步齿轮之间,设有径向滑动轴承。排气端在阳、阴螺杆转子的密封装置外侧,设有止推径向滑动轴承和止推滑动轴承。所有轴承都由油站输送来的压力润滑油冷却润滑。

  径向滑动轴承支撑螺杆承受径向力。轴承间隙对螺杆啮合间隙,螺杆外圆与壳体之间的间隙都有影响,必须严格控制。

  止推滑动轴承中的止推块承受压缩机正常运转时,由吸入和排出的压力差而产生的推力。另外,止推径向滑动轴承中的止推轴承还可承受压缩机启动时同步齿轮引起的推力以及因紧急停车时螺杆反转所产生的推力。

  止推轴承轴向间隙,直接影响螺杆转子端面与壳体的间隙。当轴承因磨损间隙增大时,可以重新调整轴承的轴向间隙。

  检查螺杆压缩机的轴封装置,再吊开压缩机上盖,阳、阴转子的进端和排端都采用碳环密封结构。其中在阳、阴转子的进端填料箱中装有4个整体的石墨密封环,在阳、阴转子的排端填料箱中装有6个整体的石墨密封环,石墨密封环的外圆处有保护环。吊开上盖后,发现进气端轴封外壳体处有大量黄色粉末堆积,排气端也有少量积聚。如图所示:

螺杆压缩机轴封故障分析

  按照厂家技术要求,石墨环与螺杆轴之间有微小的间隙,环是静止状态,轴与环接触时,环能自由地径向移动,避免损伤轴表面。该碳环密封结构设有两级缓冲气,靠近压缩腔的第一级可采用蒸气或氮气作为缓冲气,靠近轴承端的第二级采用氮气作为缓冲气,以阻止介质气体泄漏。另外,在石墨环之间设有回气环,它与高位放空管接通,残余混合气体经高位管放空。

  第一级氮气密封管系:第一级氮气总管压力为0.2~0.3MPa,经100目滤网过滤后,分成管径DN25的两路管子,经自立式调节调压后,一路进入螺杆压缩机组进端的密封装置的两个氮气入口。另一路进入螺杆压缩机排端的密封装置的两个氮气进入口。进端的氮气压力为0.02MPa左右,排端的氮气压力为0.05 MPa左右。

  压缩机排端有4个高位放空口,进气端有2个高位放空口,所有第一级高位放空口集中到一根总管上,再分成两路,一路DN50,接至高位放空管;另一路DN25为排凝管。排端两个第二级放空口集中到一个总管上,接至高位放空管。高位放空管和排凝管由用户制作安装。

  第二级氮气密封管系:第二级氮气总管压力为0.2~0.3MPa,经过100目滤网过滤后,经自力调节降压后,压力为0.02MPa,分成两路DN25的管子,进入进端和排端密封装置的氮气入口。在进端分成两路进入进端的两个密封装置,在排端也分成两路进入排端的两个密封装置。

  压缩机进端和排端的两个密封装置的排污孔分别并成DN25管子与两个收集器接通。收集器顶上接DN50高放位空管,收集器下端接排污管。

  通过外部观察已经判断石墨环的保护环已经磨损,材质为黄铜,轴封外圆积存的粉末是磨损后堆积在壳体和轴封体之间,因为黄铜保护环直径约320mm,环宽约12mm,壁厚0.3mm,是依靠8条M10内六角螺丝紧固轴向位置,紧固力矩的不平衡,保护铜环壁厚设计强度的偏低,最终导致环在上紧后倾斜与轴偏磨是故障产生的原因,最终经与现场厂家技术人员沟通、测量,将铜环材质替换成不锈钢材质,将环壁厚调整为1.5mm,规范紧固螺栓上紧力矩。

螺杆压缩机轴封故障分析

  依照压缩机技术要求,压缩机在进行大修后,转子的啮合间隙、轴向间隙均应复测和调整。通过组装后,检查轴封密封石墨环,浮动良好。轴封装置的拆检回装保证各项技术要求:
a) 组装次序:按顺序氮气进气环,密封环(碳环),氮气回气环等,压紧填料后盖;

  b) 检查测量密封环与轴颈之间的间隙不得超过0.25mm,若超过则需更换。

  c) 轴封装置成套总组装成后,再装入压缩机壳体内。

螺杆压缩机轴封故障分析

  压缩机关键质量控制点:轴向间隙的调整

  拆下排气端压盖,将阴、阳螺杆转子推向进气侧,微微托起球面止推轴承,使其对中均匀紧密贴合,当按工作转向盘动阳转子时,两转子应无轴向窜动。

  压缩机关键质量控制点:螺杆转子啮合间隙的调整

  阴、阳螺杆转子在图示位置测量转子啮合间隙,分吸气端、中段和排气端三部分测量。一般上、下间隙之和为0.50~0.70,上、下间隙大致相等。

螺杆压缩机轴封故障分析

  若所测得的间隙不符合技术要求,应松掉同步齿轮销钉及锁紧螺栓,重新调整到规定数值。

  在盖上气缸体上盖后,首先要拧紧两转子中间的轴承螺栓,然后按对角线将其它轴承螺栓拧紧。

  5、压缩机启动前对轴封系统的调试检查

  氮气系统调试:开启氮气进气阀,通过自力调节阀调整氮气进入排端第一级密封装置的压力为0.05 MPa,其余各密封气入口的压力为0.02MPa。并检查各氮气管路是否通畅,高位放空管是否通畅,排污阀是否完好。确认通畅、完好、无泄漏。开启氮气阀门,查看氮气进入密封装置的压力是否正常。

  6、压缩机日常维护巡检注意事项

  通过对压缩机轴封局部零件石墨浮动环保护环的改进,使压缩机轴封更为可靠,轴封检修更为稳定可控。通过此次故障使运行人员和检修人员在日常压缩机巡检时针对轴封有的放矢若:若压缩机有黑色烟逸出,且伴随着壳体对应轴封部位发热,极有可能是轴封碳环旋转所至,应停机检查排除故障。若出现蓝烟,可能是填料压盖螺纹与螺杆轴有轻微接触,或者是轴承损坏所至,也应停机检查排除故障,提高压缩机的巡检质量。

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