丁海秋，赵红艳
（江苏安邦电化有限公司，江苏淮安223002）英语课程标准
摘要：介绍了离心式透平压缩机机组润滑油系统、密封气系统、主机系统故障产生的现象、原因 及解决途径。
关键词：透平压缩机；润滑油；位移；喘振；故障中图分类号：TQ051.21
文献标识码：B
文章编号：1009－1785(2011)04-0028-06
1润滑油系统的故障影响
离心式压缩机组中的各个子系统的任何故
障都会影响整个机组的安全运行。离心式压缩机具有很高的运行转速，一般介于一阶临界转速和二
阶临界转速之间，达10000r/min 以上，而常见的大功率电动机的转速并不高，需要通过齿轮箱“增速器”的传动才能获得较高的转速。另外，离心式压缩机组采用的是动压滑动轴承，只有被加压的润滑油才能形成油楔，具有承载的能力，将压缩机的转子托起，由此可见，润滑油系统是相当重要的，任何油系统的故障都能造成重大事故。
压缩机机组润滑油系统的功能在于要求油系统提供一定压力及流量的润滑油供给机组的前后轴承、齿轮箱、联轴节等传动部位，形成油楔和润滑，带走机组运行过程中产生的热量，以确保机组的安全稳定运行。润滑油系统还有控制摩擦、减少机件的磨损、防止机件锈蚀和对机件振动起阻尼的作用等。常见的润滑油系统故障有：油品不合格、润滑油受污染、润滑油油箱氮气密封不好进入空气以及润滑油系统的相关连锁失灵等问题。下面着重介绍有关油品不合格的问题。 透平压缩机组一般采用不同牌号的汽轮机油或透平油，如20#、32#、46#等。
润滑油在机组中运行一定时间之后，出现“度上升”变深、变黑、油品的酸性增加、机械杂质增多等现象。这表明润滑油起了一定程度的化学变化，这与油品的性有关。常见的油品不合格主要是4项常规指标，即黏度、酸值、抗乳化度以及机械杂质。
（1）黏度是润滑油的主要性能指标，也是决定油品润滑效果的关键指标。从某种意义上来说，黏度也是液体内摩擦系数，黏度越大，产生的内摩擦越大，因此，黏度又可以表示润滑油的稀稠程度。国
际上通用恩氏黏度、赛氏黏度及雷氏黏度，国内通常用运动黏度（如V100）来表示。黏度值与温度有关，依据黏度-温度特性，润滑油的黏度过高或者过低都不合适。
润滑油的黏度大，摩擦力也随之增大，消耗于克服润滑油内摩擦的功率也随之增大。油品的黏度大，油泵的启动就比较困难，当油温低于20℃，初开车时，极易造成压缩机的蜂鸣，引起油管的强烈震动。江苏安邦电化有限公司冬季开车时，曾遇到类似情况，经过脱除油加热器连锁并将油循环加热至35℃以上，再开车时才杜绝了机组蜂鸣及震动的
Chlorine gas turbine centrifugal compressor system fault analysis
DING Hai－qiu ，ZHAO Hong－yan
（Jiangsu Anbang Electrochemical Co．，Ltd．，Huai＇an 223002，China ）
Abstract ：The faults produced the phenomenon and causes and solutions of unit lube oil system ，seal gas system ，host system of the chlorine gas turbine centrifugal compressor were introduced．Key words ：chlorine gas turbine compressor ，lube oil ，displacement ，surge ，fault
中国氯碱
China Chlor－Alkali
丁二醇第4期2011年4月
No．4Apr.,2011
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现象。当油温较低时，尽管润滑油压力很高，但润滑油的流量提高却很慢，而润滑油循环缓慢，就会使机器的传动部位得不到充分的润滑，容易发生机件磨损。
润滑油黏度小，流动性虽好，移去的热量也比较多。但润滑油容易从摩擦接触面间流失，导致油压力下降，在摩擦接触面无法形成足够的油膜承载力度，使机件容易遭受磨损。发生这种现象多是因润滑油温度过高引起的，根据资料介绍，润滑油温度在55℃以上，润滑油温度继续上升5℃，油压将大幅度下降，因此，增加油品的冷却装置是不容忽视的。发现油品黏度不合格，必须立即部分或者全部更换油品。遇到润滑油温度过低的情况，可适当关闭油冷却器的冷却水，或者开启润滑油箱中的电加热器对油加温。
（2）酸值是润滑油总的酸含量指标。酸值是指中和1g润滑油所消耗的氢氧化钾的毫克数。对于46#汽轮机油来说，中和值应该低于0.16mg。润滑油是由多种有机烃化物组成的，润滑油本身对金属等材料是不存在腐蚀作用的，引起对金属材料的腐蚀的真正原因，是因为润滑油中存在着高分子脂肪酸、氧
化产物、硫、硫化物、无机酸和水分等成分。酸值的增加是润滑油氧化加剧而“老化”所致，即酸值是油品老化的标志。润滑油中高分子脂肪酸的主要成分是环烷酸，一般在油品精制的时候是无法全部去除的，主要是在油品的贮存和使用过程中由于油品的氧化而形成。当润滑油在偏高的工作温度下使用时，机器的旋转机件以及传动部位摩擦产生的热量不能及时散发出去，就会加速润滑油的氧化速率，使油品中的酸类对金属材料的腐蚀加剧。高温导致油品氧化、酸化速率加剧，油品恶变加剧，腐蚀程度也加剧，使得油品变质老化报废，严重影响油膜的承载能力。润滑油的温度升高有2个原因，其一，离心式压缩机的机件和传动部位安装不佳，造成机组运行时轴承产生振动，因而机件的温度升高，影响了润滑油的温度，特别是轴承的回油温度不能被冷却下来；其二，润滑油冷却器的冷却效果差，润滑油的温度降不下来。
有资料表明，在有一定压力存在的情况下，当润滑油温度超过50℃时，油品的氧化速度会明显增加，一般温度上升8~10℃，油品的氧化速度增加一倍，氧化聚合物如沥青质、胶质和不溶于油的物质也大量产生，因此，轴承温度不能超过45℃。
油品中所含的无机酸是指能够溶于水的水溶性酸，其含量增加同样促使润滑油变质氧化。
除了润滑油长期使用后因氧化作用使其酸值增加外，对润滑油的污染也不容忽视。由于透平压缩机的转子两端轴承室与转子的壳体联在一起，虽然中间隔着“抽充气”迷宫密封装置，但是在紧急
停机的情况下，转子两端的迷宫密封装置由于机内各级的压力趋于平衡，而造成迷宫密封两端的压力失衡，使得穿过迷宫进入轴承室，从而使润滑油受到污染。进入润滑油中，会使润滑油加速氧化变质，酸值明显增大，生成有机氯烃化合物，使得润滑油沥青化和胶化，油品中出现沉淀物和悬浮物，油品的颜也变黑。如果一时无法更换油品或者酸值还没有超标，可以采用反复过滤的办法对油品进行过滤，但尽快更换润滑油才是上策。更换新油之前，必须将整个润滑油系统进行清洗，尤其要清除残留的沥青质、胶质类的油渣，将剩余的“旧油”全部清洗干净，并尽可能地用湿面团粘去杂质，否则（由于残存的润滑油中所含氧化物的催化作用）加入的新润滑油就会很快氧化变质，降低了使用寿命。
根本的解决办法是将透平压缩机的两端轴承室与转子的壳体分开，防止产生的“倒压”进入轴承室。
（3）抗乳化度是润滑油抵御乳化的性能指标。抗乳化度指润滑油与水形成乳浊液后的分离时间，表明润滑油被乳化的程度或含有水分的量。
难忘的一课教学设计静止状态下，润滑油与水是分层的。在润滑油中存在一定量的水，又有大量的环烷酸或脂肪酸时，容易形成乳化液。在润滑油的酸值增加、机械杂质以及空气或者其他气体进入的情况下，都会促使润滑油乳化变质。润滑油逐步成为乳浊液，不仅会引起运转机件的腐蚀，更会促使润滑油氧化变质，降低
了润滑油的润滑性能。发生这种现象时，最为明显的是油压力大幅下降，无法维持生成油楔的基本条件，严重影响机组的安全运行。由此可见，抗乳化度是重要的技术指标，如果抗乳化度大于8min，表明润滑油的乳化程度在增加。一般可以用滤纸进行润滑油的压滤来去除掉润滑油中的微量水分，也可以采用固体介质吸附过滤的方法去除水分。如果抗乳化度远远超过标准，并且伴有油品浑浊的现象，必须更换润滑油。造成抗乳化度高的原因是灌装润滑油时带进了水分、油冷却器泄漏或密封不好，导致氧气进入油品中产生乳化，发生上述情况，要及时查明原因。
常见的破乳化的方法有2种，即“热破乳“和”化学破乳“。对于憎水性的乳化液和亲水性的乳化液来说，都可以采用“热破乳”的方法。在密闭的釜中，将
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中国氯碱2011年第4期
润滑油加热至130℃，静置一段时间，就可以“破乳”分层。对于亲水性的乳化液也可以采用乙醇、食盐等水溶液进行“化学破乳”。
（4）必须严格控制润滑油中的机械杂质。凡是润滑油中所有不溶于汽油和苯的，在润滑油中呈现悬浮状态和沉淀状态的物质都是机械杂质。润滑油中的机械杂质一旦进入旋转部件的金属摩擦表面，就
能够使得旋转的机件迅速磨损。大量游离于润滑油中的机械杂质会使过滤器的过滤网发生堵塞，使得润滑油的输出压力下降，妨碍润滑油的正常循环，甚至造成透平压缩机组停车。更为严重的是，这些游离的机械杂质还是加速润滑油氧化变质的催化剂，由此可见，润滑油中含有的机械杂质必须严格控制。
机械杂质的来源包括：润滑油系统的油箱、油冷却器、油过滤器以及所有的连通管道中没有清除干净的“焊渣”之类物质；在压缩机的运行过程中发生机械磨损带来的金属细末，比如轴承的磨损产物；污染润滑油生成的氯烃化合物以及沥青质、胶质等。使用200目过滤网对润滑油进行不间断过滤，或者对整个润滑油系统进行清洗是非常必要的。
2密封气系统的故障影响
密封气系统是机组中唯一没有停车机会的子系统。在正常机组运行中，密封气系统是在经过净化、脱水干燥，至水分低于30×10-6后供给透平压缩机组的轴封、油封、油箱等部位做为密封充气之用。机组停运之后，供给机内一级进口充气（保持机组内部流道干燥）和机组空气试车运行时使用。不管机组运行与否，密封气系统始终要进行正常的供气。常见的密封气系统故障是迷宫密封控制失调和净化密封气不合格。
离心式压缩机组的密封系统采用充、吸密封气的镶嵌式曲折形迷宫密封。也就是水分低于30×10-
6的干燥密封氮气经过充气室的自动控制阀门以0.2kPa左右的压力进入充气室的迷宫密封中，而“抽气室”又经自动控制阀门以略低于大气的压力将机内沿“迷宫密封”泄出的密封氮气抽出来送往透平压缩机的一级进口或者透平压缩机出口的事故处理装置。进入充气室的部分干燥密封气从充气处沿着迷宫密封泄入大气，而另一部分则流向“吸气室”，确保了的可靠密封。正常的充气量为12.5m3/h，此时充气的密封气压力为“+2kPa”，而吸气压力为“-0.5kPa”。一般来讲，充气压力的绝对值应该略高于吸气压力的绝对值，它的差值保持在小于0.5kPa，就能确保密封完好。
发生故障时，密封气的控制尤其重要，特别是在突然停机的工况条件下密封腔压力的控制，因为此时机内各级原本压力各不相同的突然失去了压力差而趋向平衡，每一级的迷宫密封两端所受的压力都是相等的，对于“轴端密封”来说，吸气压力已经消失，压缩机的进口压力从负压变成了正压。如果超过充气压力的话，机内就从密封室中压出来，进入轴承室或进入大气。如果压缩机的进口压力低于充气压力，机内就被阻隔于密封的一侧，干燥的密封气不断地进入密封室，不仅将与大气有效地隔开，而且将与润滑油系统有效地隔开。由此可见，在发生紧急停机的情况下，同时有以下几个连锁动作会发生。
（1）压缩机出口的止回阀阻断压缩机出口管网中的，产生“返流倒回”；
（2）事故处理装置自动连锁启动运转，紧急处理泄出的；
（3）压缩机出口的自控排气阀门自动打开，使得机内的迅速流向事故处理装置泄压；
（4）密封充气阀门自动连锁开足，而吸气阀门自动关闭，防止发生“倒压”。
实施了以上的连锁措施后，就可保证在紧急停机的情况下有效地防止机内泄入大气或者进入润滑油系统。当然，这些处理措施均是在常用电源正常供给的工况条件下实施的，实际上，发生离心式压缩机组的紧急停车，往往是由于供电故障引起的，几乎是没有电源、没有密封气同时发生。为了防止这种紧急情况，透平压缩机组的常用电源应采用双电源供电方式，同样，密封气的供应也应该考虑双电源供给方式，但实际上这样考虑的厂家较少。
最根本的解决办法是将压缩机的轴承室与压缩机的转子壳体分隔开，使远离润滑油；其次，将压缩机两端的迷宫密封吸气腔与事故处理装置相通，或者在正常运行时，吸气室通向压缩机的进口管，故障时关闭，而通向事故处理装置的阀门自动打开。
论文综述3透平压缩机主机系统的故障影响离心式压缩机组承担着将电解槽阳极出口的抽吸出来，经过处理后压缩到所需的压力，然后不间断地输送至用户的任务。主机系统的任何故障都会直接影响到电解槽和用户的正常运行。常见的透平压缩机组的故障有“轴振”、轴位移超标以及主机“喘振”。
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（1）严重的轴位移和“轴振”超标
表征透平压缩机组运行正常与否的标志是转子径向的“轴振”和“轴向”的位移。
“轴位移”是个综合各种因素的集与反映，是主机运行中“轴向力”控制的转子平行位移数值。正常情况下，“轴位移”可以自动平衡“轴向推力”，以确保机组的正常运行。一旦“轴向力”失去了平衡，就会造成转子在主轴方向的位置移动超过额定值，导致高速旋转的转子与固定元件相碰擦，造成机毁的后果。
止推轴承中的平衡推力盘与主、副推力块之间应该有0.7mm的楔状油膜间隙，它承载着“轴向推力”的平衡任务。按照规定，绝对不允许推力块（或称“止推快”）的表面巴氏合金与“平衡推力盘”相接触。轴位移超标意味着“止推轴承”中的平衡推力盘已经与主推力块上的巴氏合金相接触，并且发生巴氏合金的磨损，这是极度严重的事故。由于“轴位移”严重超标，使得转子的叶轮轮盖磨损，甚至叶片被击碎，乃至压缩机的机壳爆裂事故都有发生。
造成“轴位移”超标的原因有透平压缩机出口压力过高、润滑油质量差等。
a．机组出口压力过高。每一台压缩机都有额定的输出压力，在压缩机的设计过程中，“轴向力”的核定计算规定所能承受的排出压力。“轴向力”的形成就是每一级转子高压端指向低压端的主轴方向力的合成，因此，超过机组的排出压力，“轴向力”自然会增加，就会打破原来的“轴向力”平衡，使得转子
的轴向移动数值增加。国产透平压缩机进行过试验，在正常运行工况条件下，轴位移受到超出排出压力的影响会明显上升。在排出压力0.4MPa（G）工况条件下，运行1天轴位移值上升0.010~0.020mm；在排出压力0.48~0.50MPa（G）工况条件下，运行1小时，轴位移值就上升了0.010~0.020mm。由此可见，超过额定值的压缩机排出压力对主机运行的影响很大，但在正常的压缩机运行指标范围之内，一旦排出压力恢复到额定值以内，轴位移也会逐步恢复至正常范围。
国产的离心式压缩机的特性曲线比较趋缓平坦，稳定的工况范围也较大，但是运行的级效率却较低，导致压缩机消耗功率较大；而由国外引进的透平压缩机组情况就不同，其设计的压缩机运行级效率很高，同样生产规模所消耗的功率就比较少，但是对压缩机的出口压力有极为严格的规定，绝对不允许出口压力超标，一旦压力超过了额定值，必须向事故处理塔排气泄压，因为压力超标，氯压机就会发生“喘振”，也就是说设计的稳定工况范围特别小，根本不考虑操作弹性。因此，使用非国产离心式透平压缩机需要严格控制机组的出口压力。
b.润滑油质量差。“轴向力”的承载与平衡依赖于“止推轴承”中的平衡推力盘与主、副推力块之间的楔状油膜，并将“轴向力”转移到轴承的支座上。这种“止推轴承”是采用径向安装的米契尔轴承或者金斯伯雷轴承，在这种径向安装的轴承“主止推面”和“副止推面”上分别有8~12块能活动的，表面有1mm厚的巴氏合金层的“止推块”，因此，润滑油的供给压力将是形成楔状油膜并承载轴向力的关键。如果油品的质量差，譬如，机械杂质含量高，油品中夹带的固体颗粒状的杂质就会磨损“止推块”上的巴氏合金，
使得轴位移数值往正方向移动增大；若是油品的酸值增高，也会使“止推块”上的巴氏合金被腐蚀掉，使得轴位移数值正向移动；若是运动黏度过高或者过低，都会影响供油压力，直接与油膜的形成以及承载能力有关（油压力低使得承载能力下降，也会造成轴位移数值增加）；若是油品的抗乳化度时间过长，使得润滑油乳化，供油压力显然也会大受影响，供油不足，使油膜承载能力下降，这种情况也会使轴位移正向移动。
一般来讲，轴位移的报警控制值为由+0.3mm 上升到+0.8mm以上就自动连锁停机。轴位移有2种定值方法，（1）将“止推轴承”中平衡推力盘的位置定在主、副推力块的中心线上，以此为原点。平衡推力盘向右（朝副推力块方向为负值）与副推力块之间的距离为0.35mm；平衡推力盘向左（朝主推力块方向为正值）与主推力块之间的距离同样为0.35mm。如果运行中发现轴位移达到+0.3mm的报警值，这就意味着平衡推力盘与主推力块的巴氏合金层面即将接触，即将使推力块上的巴氏合金层开始发生磨损。如果发现轴位移数值高达+0.7mm的连锁停机值时，说明主推力块上的巴氏合金层已经磨损掉0.35mm，达到了磨损的极限值。（2）将“止推轴承”中平衡推力盘的位置紧靠着副推力块，以此点为原点，这是因为透平压缩机组运行之前总是靠向副推力块一侧，一旦机组运转，轴向力发挥作用，便逐步向主推力块方向移动。轴位移数值为0.7mm就表示平衡推力盘即将与主推力块相接触。从实际运行的合理性出发，第一种定位方式比较合理、实际一些。
“轴振”是指机组运转时，转子由于“挠性”所引
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中国氯碱2011年第4期
起的径向振动。转子的径向、轴向位移和振动对于机组的安全、正常运行都是很不利的，同样会造成转子与固定元件之间的碰撞摩擦。产生转子径向振动的原因都是机械上的缘由，转子变形、转子的同心度没有准、转子的动平衡性能差等，都会造成压缩机的运转部件的偏正摩擦，使得压缩机的部件发生振动。“轴振”严重也会产生轴位移，因此，提高压缩机的检修及安装质量，就能有效防止压缩机转子的径向振动。煤矿施工组织设计
（2）对于离心式压缩机来说，“喘振”是所有故障中危险性最大、最应重视的特有故障，一般发生在压缩机组较长时间处于不稳定的工况条件下。
从“物理”的角度看，“喘振”是一种低频率、高振幅的气流压力脉冲，这种具有一定能量的气流脉冲的产生是由于气流在压缩机的“叶片扩压器”、“流道”或叶轮的叶道中发生了较为严重的边界层分离和二次涡流现象，扩及了整个压缩机的“流道”。由于气流的速度较大（叶轮出口处的气流线速度为200m/s），而输送介质又属于重气体，气流的冲击损失急剧增加，同时，气流的有效工作能头随着气体输送量的减少而下降，气流的阻力也随之增加。如果机组出口的止回阀门有效，压缩机的排气会出现时有时无的迹象；如果机组出口的止回阀门失效，压缩机出口将会发生时而向管网排气，时而管
网中的气流倒灌入压缩机“流道”的现象，气流如此周而复始地改变流向，便形成压缩机的气流脉冲。这种强烈的气流脉冲使得离心式压缩机的转子与固定元件发生急剧摩擦，机组发出轰鸣声和严重的噪音。由于气流的冲击摩擦以及机械元件摩擦作用，再加上压缩机转子的高速度运转产生的挠度影响，机身会剧烈振动。在这种离心式压缩机所特有的不稳定跳动的工况条件下持续运转数秒至数分钟，机组则被全部毁坏。如果此时紧急停机，转子与固定元件全部粘在一起，再也无法转动，导致机组报废。
压缩机组进入不稳定工况运行，不一定发生“喘振”。因为“喘振”不具有突发性，而是有一个能量积聚的过程（或者称为工况改变过程），完全可以从一些控制的技术参数变化中发现“喘振”的可能性，采取必要的措施防止“喘振”，或者在发生“喘振”的前兆出现时，及时采取应急措施去消除影响，使工况条件改变，转危为安。
压缩机的性能曲线与管路的特性曲线的相交点就是压缩机的工作点，工作点处在压缩机性能曲线的负斜率段（压力与流量的性能曲线），即稳定工况区域内。离心式压缩机的明显特点是一旦发生工作点的偏离，会自动返回到出发点。但是“喘振工况”与压缩机的稳定工况截然不同，具有2个特点：a.离心式压缩机组的性能曲线（压力或者能头与流量的性能曲线）在“喘振”工况条件下大多数呈现驼峰状，并在气流量不为零处，有个最高点，即性能曲线是一条有正、负2个斜率段的曲线，不像稳定工况条件下的压缩机性能曲线的工作点始终处在负斜率段。“喘振”工况的工作点往往在性能曲线的
正斜率段（气流量小的那一段）。 b.压缩机的输送介质为可压缩的重气体，并且与压缩机相连的管路容积较大，完全具备积蓄和释放能量的作用，这就为形成气流的脉冲提供了方便。
发生压缩机“喘振”时，通过压缩机的是最小流量，而这时的管网中的“端压”却是很高的。一般来讲，压缩机输出的流量与管网中的用量应该是相匹配且平衡的，供气与用气不会发生不平衡的矛盾。一旦某个用气部门发生故障，减少了用气量或者停止用气，管网中的气流量就会积聚起来，使得管网中的“端压”上升，一旦超过了压缩机出口的排出压力，压缩机排气就发生困难。压缩机为了排气，必然会减少进压缩机的流量，就使压缩机进入了“喘振工况”。当进压缩机的气体流量达到了最小值时，机内即发生边界层的分离和二次涡流，使得阻力大增，冲击损失剧增。由于管网中积蓄能量的能力比较大，一旦释放与积存就会产生气流的脉动。
对于压缩机来说，气体的进口流量减少到压缩机无法维持规定的排出压力时，也会发生波动。因此，设计者着眼于防止压缩机组进入小流量、高端压的不稳定工况的出现。及时补充气量和及时降低机组出口的“端压”，是防止“喘振”发生的根本途径。
为了扩大稳定工况的范围，设计者充分考虑了各种设计途径。
a.因为“喘振”发生在小流量、高端压的工况条件下，离心式压缩机不应该在低于设计气流量的情况下运行；小于设计气流量运行，容易使机组进入不稳定的工况范围。这样的操作条件在瞬时是允许的，
时间稍长，危险性增大。尤其要注意，在机组紧急减流量和用量突然减少的情况下的控制与调节。
b.由于压缩机采用“段间冷却”，气体的“比容”减少，各段进口的容积流量逐渐下降。在多级串联的情况下，设计时应该考虑逐级提高流量系数；另外，
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