2018年第3期 LYS Science-Technology& Management
谌韶虎谭文华
(能源中心)
摘 要 透平膨胀机是制氧工艺过程中必不可少的重要设备之一，本文通过分析透平膨胀机在空分运行中发生故障的原因，着重论述了其故障排除方法以及减少和避免故障所采取的措施。
关键词膨胀机精馏塔振动沸点
在制氧工艺中，为了把氧、氮从空气中分离出来，采用深度冷冻法，把空气降温变成液空，然后利用氧、氮的沸点不同（大气压下，氧的沸点为-182℃，氮为-195℃）在精馏塔内通过蒸气与液体塔板上互相接触，高沸点的氧不断地从蒸发器中获得冷量生成液体，低沸点的氮不断地从液体中蒸发而变成蒸气，经过多次循环接触，使下流液体含氧越来越高，上升蒸气含氮越来越高，从而把氧、氮分离出来，为了完成这个过程，就必须有源源之不断的冷量来补充在生产过程中所产生的各种冷量损失，而这些冷量的来源提供者就是空分常用的透平膨胀机，其作用是气体膨胀机中绝热膨胀向外做功，而获得冷量，压缩空气通过喷嘴和工作轮时膨胀，推动工作轮旋转输出外功，同时，气体本身压力降低，温度下降。 因此，透平膨胀机是否能够完好，直接关系到生产能否正常进行。 1 故障与原因分析
膨胀机在结构上看似简单，其实装配精度非常高，其装配精度可达0.005mm，运行速度达20000~30000转/分，其故障主要由其本身的制造质量，安装质量，检修质量，人为操作不当引起，当它产生异常故障时，我们就要去寻根源，从而采取相应的措施予以排除。其主要故障表现在以下几个方面：
1.1 机前压力过低
膨胀机前的整个通路中的任何一部分发生堵塞或阻力过大引起机前压力过低。启动前加温吹除不彻底，另一台运行设备的冷量通过管道传递到这台设备内，与空气交换出现冷凝水，造成冰和CO2固体堵塞。1.2 机后压力过高
整个通路的某一部分阻力增大导致机后压力过高，常见的是蓄冷器或可逆式换热器阻力增大。
1.3 机内出现液体
膨胀机温度下降太低，会导致气体在机内液化。当机内出现液体时，可观察到机后压力表产生抖动，会使导流器后压力表指针大幅摆动，甚至超过量程，将表打坏，造成叶轮损坏。
1.4 机前温度过低
液空密度大，汽化急剧造成机前温度过低，对导流器和叶轮产生强烈的冲击，易产生事故。
1.5 膨胀机超速
膨胀机超速时，转速达到30000转/分，同时发现尖叫和振动，轴瓦温度急剧上升。主要原因是：人为调节不当；设备故障；消音器阻力过大。
1.6 轴承温度异常压缩空气喷嘴
主要原因是：供油不足；油路不干净；转子不平衡；轴承间隙不当；气密封磨损严重。
1.7 振动异常
膨胀机发生振动时，轻则发生零部件的磨损和损坏，重则毁坏机器引起振动的原因复杂，一般有：轴承磨损，间隙增大；油中有杂质，密封部分相碰，转子不平衡；油膜振动，因制动风机存在问题引起振动，蝶阀操作不当引起喘振。
支架搬运车1.8 带油入塔
空分设备严禁带油入塔，否则条件具备时将产生燃烧爆炸，一般是通过迷宫密封漏入，运转
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时油无法入塔，只有在开油泵而未开密封气时，出现这种现象。
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1.9 膨胀机机械损坏故障
a. 喷嘴环与叶轮磨损原因有：空气过滤不干净，切换式换热器除油能力差，易把水与CO 2固体带入。
b. 叶轮、导流器打坏，轴瓦烧坏。 1.10 导流器后压力过高或过低
常常是由于叶轮堵塞，使转速下降，流量减少，间隙压力上升，常见于装置的启动过程中及机组加温后；机内出现液体；喷咀调节时，关闭阀时速度太快。
2 故障排除
a. 机前压力低采取的处理方法，在启动时应注意迅速完成两个冷却阶段，严格注意过滤器前后压差，及时倒换加热器或采用反吹方法予以消除。
b. 精心操作与检查，发现冻结堵塞应及时进行加温解冻。
c. 将机后温度控制在液化温度以上。
d. 当发生机内进液体时，立即切断气源。停车检查，指出原因，同时将已进入机内的液空吹除干净再启动，经常检查液空节流阀是否完好。
e. 当膨胀机超速时，首先检查过滤网，然后再寻可能引起风管阻力增大的原因，由于风门失灵造成超速的，迅速关头机前的紧急切断阀。
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f. 提高检修质量，转子外送做动平衡试验。增加断电保护装置：我们对膨胀机供油系统增加一个压力油包如图1所示。
图1 断电保护装置示意图
在正常情况下，油泵供油分两个支路，一路去膨胀机正常供油；另一油路去压力油腔（油腔、窥视窗、压力包形成一个密闭容器，另接一仪表
气用来恒压，使油位保持在窥视窗中间），当意外断电时，油泵停止供油而依靠压力包的压缩空气的压力把油腔的油压入膨胀机继续供油，从而避免膨胀机在断电停机时，转子惰转过程中因无油供应，干磨烧坏轴承。指纹鼠标
g. 机组进行解体检修、化验油质，转子做动平衡。
当风机产生喘振时，应开大风门，提高转速，使风机工作点离开“喘振区”，为了防止出现风机喘振，规程上规定了风门的最小开度，为不小于10%。
h. 启动油泵前，打开密封气。
i. 将机后温度控制在液化温度以上，彻底吹除。
j. 喷咀调节时，关闭伐时应逐渐关闭。
3 措施
为了减少膨胀机故障的发生，我们加强了对设备的保养与维护，在运行中每2小时对设备巡检，每2个月对油样进行化验，每年进行解体检查并更换所有磨损件，注意间隙压力的变化，发现问题及时排除，对于新检修的膨胀机必须进行密封跑合，具体方法如下：
进口管拆除，用闷盖将拆除管闷牢，气体经回流阀旁通进入膨胀机保持密封气和油的供应，打开膨胀机出口阀，打开紧急切断阀和喷嘴叶片，完成依靠进口阀门来控制转速，逐渐开启该阀按工作转速（21000转/分）的20%、35%、60%、85%的分挡进行升速，每档转速运转10分钟，然后停车10分钟，使运转时发热的石墨密封冷却下来，最后再次起动膨胀机升速至工作转速运行10分钟跑合完成，这样可避膨胀机在起动一瞬间不会被密封抱死而损坏膨胀机。
4 结论
通过对透平膨胀机在空分设备运行中所产生故障的进行系统分析，出了解决方法，有助于我们在今后工作中对膨胀机进行精心维护，保证
运行事故为零。
参考文献
1 汤学忠，顾福民，主编. 制氧工问答. 北京：冶金工业出版
社,2001.斜导柱
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