离心压缩机的监测及故障诊断

冯明义   张晨

随着国内钢铁企业的蓬勃发展，制氧设备的发展呈现出大型化的趋势，而与空分装置相配套的大型离心式压缩机的使用越来越普遍、地位越来越重要。作为一名制氧操作工加强压缩机基本理论知识的学习、注重总结实际工作中的经验教训、全面提高自身的综合素质，维护和操作好自己所辖的离心压缩机，就显得非常重要。

我们知道，一台离心式压缩机组是由电气、机械、润滑、冷却、控制等各个密不可分的部分组成的一套完整的系统。系统的任何一个部分发生故障都将影响到整台机组的平稳运转，严重时还会造成机组停运，影响相关系统正常运行。因此，操作工如何及时检查和发现离心压缩机存在的故障,并迅速诊断出发生故障的原因，维持机组的正常运转，避免发生重大设备和人员伤害事故，为检修人员提供科学的依据，保证制氧装置的平稳高效运行，有着重要的现实意义。

一、学习理论知识、了解机组构造

加强理论知识学习和专业技能的培训是操作离心压缩机的基础，了解自己所辖机组的基本构造是诊断离心压缩机故障的前提。我们需要学习的基础资料有：《制氧工问答》、《压缩机工》、《机械基础》、《电机故障诊断技术》，以及相关机组的操作说明书，如：《沈鼓空压机操作说明书》、《杭氧氧压机操作说明书》、《英格索兰氮压机操作说明书》等相关资料。了解机组基本构造最直接的办法是利用检修人员对压缩机检修安装、拆卸时到现场观摩，了解压缩机各部件的形状、位置、组合等等。

通过对压缩机基本理论知识的学习提高我们的专业理论水平，通过现场观摩和学习增强我们对压缩机感性的认识，研究透各种类型离心压缩机的设计原理，了解其各不相同的内部结构，掌握机组在不同的运行条件下相关操作方法，全面提高我们的操作运行水平。这样才能使我们在日常工作中，在检查、诊断离心压缩机出现的故障时得心应手。

例如2^＃14000制氧机共有四台大型离心压缩机，分别由三个国内、外知名厂家提供。其中为空分提供原料的空压机采用了沈阳鼓风机厂生产的DH90型透平压缩机，系单进气、双轴、齿轮式、四级等温压缩，设计压力0.52MPa，流量75500m³/h，由一台电压10000伏，功率7400KW的上海电机厂生产的同步电机驱动。压缩产品氧气的氧压机采用了杭氧生产的3TYS90+2TYS60型透平压缩机，系双缸、十级、水平剖分型式，设计压力2.9MPa，流量16000Nm³/h，配置了一台功率3400KW的上海电机厂生产的异步感应电动机。压缩产品氮气的两台透平压缩机均为美国英格索兰公司生产，其中4C90M×4N₂型氮压机系单进气、四轴、离心式压缩机，设计压力1.0MPa, 设计流量14921m³/h；2CII35M×3N₂型氮压机系单进气、三轴、离心式压缩机，设计压力2.2MPa,设计流量5042m³/h，驱动电机均为德国西门公司的异步电机。这些设备的共同特点是结构精度高、运行周期长，但每台机组的结构形式又各不相同。由此可见，加强理论知识的学习、掌握机组的内部结构和强化各相关专业知识是非常重要的。

二、研究设备特点、掌握运行规律

在离心压缩机整个服役期内，设备故障发生的次数和使用的时间是有着其内在的宏观规律的。虽然对于一台离心压缩机而言，发生故障的时间、次数以及运行寿命各不一样，但都有以下一些共同特点：

1、离心压缩机刚投运的第一年，事故发生的频率较高。其原因在于：设备在设计、制造、安装过程中所存在的问题在运行初期得以暴露以及操作人员对设备性能、运行规律也需要一个学习和掌握的过程。以2^＃14000制氧机在安装、调试和投运后的第一年出现的问题为例，列表如下：

2、离心压缩机的运行从第二年开始，发生事故的频率会明显下降，设备进入稳定运行区，一般只有个别突发事故的发生。其原因在于：设备自身存在的各种问题在第一年已经得到暴露，并通过检修人员的改造得以解决；随着对设备性能、运行规律的进一步了解和掌握，使得操作人员的操作技能大幅提高。

3、离心压缩机使用寿命一般可达15年以上，随着时间的延长，设备的事故发生率还会逐渐提高。造成这一现象的原因是设备各部件的逐渐老化。

设备的这些共同特点，可以反映出机组在整个服役期间存在一定的运行规律。我们在掌握了离心压缩机这一宏观运行规律后，就可以对在不同的运行期间的离心压缩机采取不同的措施：

1、在设备安装时，应把好质量关；

2、在设备调试时，应把好验收关；

3、在设备投运初期，应当缩短点检周期、提高点检质量，以便及时发现故障，及时诊断处理；

4、应该善于吸取同类设备的经验教训，防止其它设备发生过的事故的再次发生 ；

例如：我厂1^＃14000制氧机配套的DH-90型的空压机，因为低速轴转子二级叶轮过盈量不足等原因共用34天时间进行单机试车，严重影响了制氧机的建设工期和安钢的生产。投产后又因为空压机的轴振动逐步上升，最后经过与生产厂家磋商，对机组的核心部位——压缩机高、低速转子轴承进行换型改造，即由原椭圆滑动轴承改造为可倾瓦轴承。改造后，可以使空压机的轴振动明显降低，运行至今基本保持平稳。吸取以上的教训，2^＃14000空压机也成功的应用了此项改造，并取得良好的效果。

5、机组在进入第二年后，必须坚持正常的点检工作，同时根据运行参数是否变化，监测设备运转情况，防止突发事件的发生；

6、在设备运转到逐渐老化的阶段，必须适当增加点检次数，以便随时发现设备故障的先兆，帮助诊断设备各部件的运行状态，及时检修或更换，保证设备运行安全，延长设备使用年限。

三、善于利用感官、强化常规点检

作为一名制氧操作工首先应该掌握常规的检查方法来诊断压缩机的运行状态，即：凭借人体的感觉，通过目视、耳听、手摸、触觉的方法，直观的见到跑、冒、滴、漏的液体、闻到刺鼻的气味、听到尖利的或沉闷的叫声、摸到发热的部件，利用自己积累的经验，诊断出某个部位是否发生故障。例如：

1、凭人的感觉----视觉的方法

诊断冷却器是否漏水：

开车前、停车后，机组的冷却水未断时，对压缩机的气体冷却器都应进行此项检查：打开气体冷却器气侧排放阀，看到冷却水连续不断放出，可以判定气体冷却器内漏。

停车后，油泵停运但油冷却器没停水时，对压缩机油冷却器都应进行此项检查：在油箱油位指示上作好标记，如看到油位上升，可以判定油冷却器内漏。

2、凭人的感觉----听觉的方法

诊断压缩机放空阀、防喘振阀是否漏气：

当压缩机放空阀关闭时，此时是诊断放空阀、防喘振阀是否漏气最好的时机：到放空口处听一下声音，如有声响，说明放空阀、防喘振阀必有漏气现象。

3、凭人的感觉----手摸的方法

诊断级间气体冷却器后气体温度突然升高：

通过手摸各级气体冷却器回水管路，如某一级发热烫手，而其它各级不发热，则此气体冷却器一定存在故障，可能是水路堵塞、回水阀脱落等原因。

4、凭人的感觉----触觉的方法

诊断氧压机止回阀是否漏气：

氧压机每次停车时（送氧阀已关），打开送氧阀与止回阀之间的氧气纯度分析阀，如用手感觉到有氧气连续放出，说明管网氧气通过止回阀倒流，可以判定止回阀漏气。

以上这些常规的诊断方法虽然很简单但却非常实用，如果全面和系统的掌握了这些方法将非常有助于判断机组的故障并为检修工作提供依据。

四、运用检测手段、综合诊断故障

对于操作这些大型离心压缩机的制氧工来说，已很难单单依靠常规的的检查方法来诊断故障。应用先进的检测仪器（如：便携式红外线测温仪、便携式测振仪、示波器等），掌握先进的在线检测和DCS集散控制技术，同时运用科学的推理方法来综合诊断设备故障，已成为监测、诊断和处理离心压缩机故障的重要手段。

1、应用先进的检测仪器监测设备：

⑴应用便携式测振仪，诊断空压机电机运行状态

 在空压机电机的轴承、基础、机壳处选取几个测点，利用便携式测振仪定时检测振动，采集数据并绘制趋势图，监测电机运行状态。对安装在刚性基础上的、转速为600-3600rpm之间的大型电机，测量电机轴承在其稳定状态下长期运行时的振动速度有效值（单位为mm/s），然后对照国家对电机振动强度标准界限规定（见下表），诊断电机振动是否超高。

2002年11月，检查运行中的2^#14000制氧机空压机电机时，发现南轴承油压不正常，停车检查发现南轴瓦已受损，但实际上当时检测电机振速为7.12mm/s，并没有超过电机的“可以承受”范围；2003年7月19日16：38，2^#14000制氧机因停电全线停车，18：22分在恢复启动过程中，检测电机的轴承各测点振动速度：电机北轴向10.1mm/s、北垂直12.1mm/s、北水平6.5mm/s、南垂直7.9mm/s、南水平7.8mm/s。对照以上标准同时与上一次的测量值比较，振速明显超高。根据上次经验，我们及时采取了停车、检修电机的措施，检修时发现南轴瓦已受损严重。通过这两次故障，我们对“电机振动强度的国家标准”有了新的认识：电机振速在7.1～11.2mm/s的范围内长期运行或振速突然增大时，电机轴承也会受到损坏，因此，对于振速在这一范围内运转的电机也应作为“破坏状态”来对待。

⑵应用便携式测振仪，诊断五车间空压机油泵运行状态

2003年1月19日19：23，操作人员点检时，利用手持式测振仪检测到空压机运行油泵振速值参数如下：北轴向6.3mm/s、北垂直6.9mm/s、北水平3.4mm/s、南垂直8.7mm/s、南水平5.2mm/s，比油泵正常运行值大幅升高，依据以上标准及时判定了运行油泵振速超高，应作为“破坏状态”来对待，于是当即采取倒用备用油泵供油、检修运行油泵的紧急措施。经检查发现该油泵的地脚螺栓松动、靠背轮间隙太小、泵与电机对中不好，但因为倒换油泵及时，油泵及电机并为受损。

目前，用手持式测振仪检测旋转设备，并对比“电机振动强度的国家标准”判断旋转设备运行状态已经成为我们的常规检测方法。

2.掌握先进的检测技术诊断故障：

⑴应用机组运行中的曲线，诊断空压机各级振动波动的原因：

2001年12月23日，空压机各级振动突然超高报警，操作工通过查找微机上各级振动在线监测曲线，发现低速轴振动最高达71um,高速轴振动最高达81um,而后迅速恢复到原值，同一时刻空压机电流曲线也有所升高。后经询问调度, 其它车间的大型机组刚刚启动，而启动时间与振动波动的时间一致，而且这些设备是在同一线路的电网上。电流和振动曲线的波动原因，很有可能是由于其它大型机组启动时引起电网波动，进而使空压机电机的运行条件改变造成的。为此，为避免类似现象的发生，我们采取以下措施：在今后同一电网线路上有大型机组启动前，采取暂时解除振动超高停车联锁的应急措施。通过多次观察同样条件下的空压机振动曲线，均发现有类似的现象（其它几套机组也多次发生类似现象），这也验证了以上判断的正确性。

⑵应用机组停车后的曲线，诊断空压机轴瓦积碳的原因：

2002年6月11日，2^＃14000制氧机准备检修，在空分系统停车、空压机卸压停车后，空压机油泵按操作说明书的要求运行了20分钟后停运，但是在打开空压机各级轴承进行检查时，发现轴瓦表面有碳化痕迹。为解释这一现象，我们首先查找了各级轴承温度的变化曲线，发现这些温度曲线在机组停运后都有一上升阶段，于是我们又调出润滑油压力的变化曲线，将这两组曲线进行对比后，确认各级轴温是在油泵停运后开始上升的。最后我们通过分析认为轴瓦积碳原因是：空压机停车后，油泵虽然也运行了20分钟才停运，但机组的叶轮和蜗壳温度仍然很高，油泵停运后，这一部分热量通过轴及间隙传导到轴承，使得轴承表面温度升高，导致油膜碳化。为此，为避免类似现象的发生，我们采取以下措施：空压机卸压后，适当延长机组运转时间，这样可以冷却叶轮和蜗壳温度；空压机停车后，应延长油泵运行的时间，带走轴承周围的残余热量。

3、运用科学的推理方法综合诊断故障：

⑴诊断并解决空压机运行中加油时，大齿轮箱测振插只引线处向外喷油的问题

沈鼓DH90型空压机油烟冷却回收系统效果不佳，造成润滑油日常损耗大（月耗量150公斤左右），为了确保供油系统正常的油位和油压，需在不停机的情况下定期补充润滑油。但是往往在加油的过程中，会出现大齿轮箱测振插只引线处向外喷油的现象。

大齿轮箱测振插只引线为什么会喷油呢？我们知道：正常运行时，排烟风机在将油箱内未冷却的油烟和齿轮箱内集聚的油烟抽出并排至大气的同时会使齿轮箱内产生负压，防止齿轮箱向外渗油。机组在进行补充润滑油操作时，需打开油箱上部的加油孔盖，这时空气就会立刻进入油箱，并迅速破坏油箱的真空度。进而通过未充满油的回油管路到达齿轮箱内，破坏齿轮箱真空度，造成大齿轮箱测振插只引线处向外喷油。为此，我们对加油口进行改造：在油箱上部的加油孔盖上安装了一个控制阀门和相应的管道，加油时首先连接好加油管道再打开控制阀门，在保持油箱真空度的前提下启动滤油机进行加油操作，从而避免了一边加油一边喷油的问题。

⑵诊断空压机三级排气压力表不准引发测振仪故障的分析

2001年，2^＃14000试车过程中,空压机启动、送气、加压后，进行现场检查时，发现就地柜三级排气压力表显示较低。通过对比，该值小于四级进气压力表显示，初步诊断原因有二：1、压力表不准，2、仪表管线漏气。问题虽小，不能放过，于是打开就地仪表柜的后门进行检查，突然发现三级排气压力表与管线连接处漏气带水，恰巧落在下面测振仪的散热孔内，马上关闭此表的进气阀。水虽然没了，可测振仪元件受水的影响，测量值显示大幅波动，振动值超高报警。马上通知仪表人员解除振动联锁、用仪表空气吹除测振仪元件直至恢复正常。之后分析：压缩机停车后，在仪表排气测量管线里，存在残余的空气，由于温度的降低会有冷凝水析出，当测量表与管线连接处密封不严时，再次开车时就会出现漏气带水的现象。

操作工对发现的异常参数不论大小都不要掉以轻心，不查出原因决不放过。

⑶诊断4C90M×4N₂型氮透放空阀不能加载关闭的原因

2002年12月，2^＃14000停车检修期间，15000氮透在压送1^＃14000氮气向管网送气时，氮透突然放空。操作人员通过显示器信息，发现机组由于喘振造成“电流节流极限值”增高（该机组采用“恒压控制”方式），放空阀受控打开。为了恢复压送氮气，依据以往经验，降低“节流极限值”后，操作加载按钮，但在放空阀关闭后又紧急打开。通过进一步分析机组运行信息，发现了一个重要的运行参数：管网氮气压力低于氮透设定的排气压力，在“恒压控制”的运行状态下，管网氮气压力在未达到氮透设定的排气压力时，为什么氮透会卸载放空呢？后经检查确定是：因为检修需要暂时停止仪表气供应，导致氮透送气阀后的管网连通阀（气开式）因无仪表气而自动关闭，致使氮透压力气体无法送入管网。于是，随即恢复仪表气供应、打开管网连通阀、恢复“电流节流极限”，再次操作加载按钮，问题解决。通过此事，对今后的工作建议两点：1、切断本套仪表气源时，应注意保证单体运行机组的仪控用气。2、机组发生问题时，全面检查、确定原因、排除故障后再恢复运行。

⑷诊断2CII35M×3N₂型氮透密封气压力低造成的自动停车

2003年7月3日，氮透自动停车。通过显示器信息，发现是因为密封气压力低造成的。为什么密封气压力会低？进一步分析有：1、是否有密封气供应，2、密封气管线是否泄漏，3、密封气过滤器是否脏堵，4、密封气设定压力是否过低。对以上诊断逐一检查发现，有密封气供应，但密封气管线上有连接头处漏气的部位，紧固处理后又对密封气过滤器进行反吹，通过调压阀把密封气压力适当调高，综合各方面原因解决了问题，很快恢复机组运行。

⑸诊断氮透2C35IIM×3N₂型二级进气温度突然升高造成的自动停车

2003年7月20日7:00，氮透二级进气温度突然升高造成自动停车，按照常规的分析，往往判定原因是一级冷却器的冷却效果差造成的。但是通过分析运行压力参数的变化，根本的原因却是这样的：7:00，5000氮透排气压力达到设定植1.8MPa，根据“恒压控制”控制的原理，此时机组阀门的动作状态是先自动关小进口阀门，电机电流呈逐渐下降趋势，当电流下降到设定的“电流节流极限值”时，放空阀自动打开。由于厂家对“电流节流极限”参数值设定太低，在进口阀门逐渐关闭的情况下，电机电流不能降到设定的“节流极限值”，放空阀受控就不能自动打开，进而造成机组因进口气体流量减少、机组背压高、高压高温气体倒流，机组发生喘振现象同时引发了二级进气温度的偏高，导致联锁停车。通过以上分析后，适当设高了“电流节流极限值”，使进口阀开度、电流节流极限值、放空阀打开条件三者之间合理对应，再次启动后，氮透恢复了正常的调节功能。通过此事，我们也加强对喘振的认识。

五、结语

可以看出，加强专业理论知识的学习，提高操作技能，了解机组的内部构造，掌握离心压缩机的宏观运行规律，利用传统的检测办法并且结合先进的检测仪器和科学的逻辑思维方法，就可以做到全面分析离心压缩机出现的各种故障，这是我们如何监测、诊断和处理离心压缩机故障的有力法宝。