概述

在國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域中，特別是石油、化工、制冷、動力、采礦和冶金等工業(yè)中為了提高工藝氣體的壓力和輸送氣體而廣泛使用壓縮機(jī)。在各類壓縮機(jī)中，軸流式壓縮機(jī)具有效率高、流量大、重量輕、體積小等優(yōu)點，故在大型石油煉制企業(yè)中，催化裂化單元再生器燒焦所需風(fēng)量大而壓力不高，大多選用軸流式壓縮機(jī)。但軸流式壓縮機(jī)也存在穩(wěn)定工作范圍較窄、對工質(zhì)中的雜質(zhì)敏感、葉片易受磨損等缺點，所以為了保證軸流式壓縮機(jī)組安全可靠運(yùn)行，要配置高精度的空氣過濾器來滿足機(jī)組對壓縮氣體的要求。

1.軸流風(fēng)機(jī)的特性

（1）軸流風(fēng)機(jī)入口空氣的溫度、濕度變化對流量的影響符合氣體狀態(tài)方程。實際生產(chǎn)中，其變化值也可參考機(jī)組喘振線的標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行對比印證。

（2）由于軸流風(fēng)機(jī)主要是依靠葉柵的擴(kuò)壓作用來提高氣體壓力，氣流沖角對葉柵的性能非常敏感。在實際應(yīng)用中，一般通過改變靜葉柵角度（即通常所說的靜葉角度）來改變氣流沖角，從而使機(jī)組的風(fēng)量發(fā)生變化來調(diào)節(jié)風(fēng)量，達(dá)到在滿足工藝要求的前提下降低動力消耗。

（3）軸流風(fēng)機(jī)動靜葉片的葉型決定了葉柵的級壓比和效率，決定了風(fēng)機(jī)的整機(jī)性能。目前軸流風(fēng)機(jī)的動靜葉片大多為三元流設(shè)計，整機(jī)效率較高。但由于精度較高，若外部干擾因素造成葉片損傷或者葉片結(jié)垢即葉型發(fā)生了改變，那么壓縮機(jī)的壓縮比和效率就會下降，葉片的結(jié)垢問題還會造成軸流風(fēng)機(jī)的操作范圍變窄，在極端情況下會影響到軸系的動平衡而造成停機(jī)事故。

2.風(fēng)機(jī)流量異常現(xiàn)象分析

2013年1月～2月份長期持續(xù)霧霾天氣，洛陽分公司1#催化裂化裝置為再生器燒焦供風(fēng)的靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)（工藝編號：3#主風(fēng)機(jī)組）在靜葉幾乎全開的狀態(tài)下風(fēng)量日趨變小，且每天伴隨著氣溫的變化，風(fēng)量波動幅度超過正常值。為了防止機(jī)組喘振，不得不降低風(fēng)機(jī)出口壓力來控制機(jī)組的喘振余量，從而導(dǎo)致再生器的壓力過低，燒焦效果變差，產(chǎn)品分布惡化，裝置指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益下降。若機(jī)組工況進(jìn)一步惡化，很可能造成裝置大幅降量甚至緊急停工。

為了判斷機(jī)組運(yùn)行工況的變化趨勢，對機(jī)組入口溫度、流量、靜葉開度和出口壓力等主要參數(shù)從1月份至2月初的運(yùn)行趨勢進(jìn)行了匯總分析，在入口溫度0～10℃變化范圍不大的情況下，1月19日前入口風(fēng)量平均值大約為2450Nm3/min，2月初逐步下降至平均2350Nm3/min。1月19日前風(fēng)機(jī)出口壓力能夠維持在0.23MPaG，隨后即使不斷開大靜葉角度，風(fēng)量沒有上升反而下降，2月初逐步降至0.2～0.21MPaG。這說明和正常情況相比，開大靜葉角度對風(fēng)量的提高已經(jīng)失效，在靜葉角度保持接近全開的情況下，風(fēng)量和出口壓力均出現(xiàn)了大幅下降的現(xiàn)象。從整機(jī)性能來講，風(fēng)機(jī)的能力嚴(yán)重下滑。

在氣溫變化較快和靜葉微調(diào)時，風(fēng)量出現(xiàn)了突降突升的異常趨勢。通過軸系的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)的振動值也出現(xiàn)較小范圍的波動，以出口振動值變化較明顯。這說明外部因素已經(jīng)嚴(yán)重干擾到風(fēng)量的穩(wěn)定。但風(fēng)量的突降之后能夠迅速恢復(fù)，就比較難以理解。若是動或（和）靜葉片結(jié)垢造成葉片的葉型改變。則風(fēng)量的突降之后迅速回升較容易理解，但結(jié)垢能否造成風(fēng)量的幅度突降突升需要進(jìn)行考證。

3.機(jī)組檢修及主因確認(rèn)

通過以上分析，雖然無法最終確認(rèn)原因，但無論是靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)的問題還是葉片結(jié)垢的問題都需要停機(jī)檢查和檢修，因此在做好備用的1#主風(fēng)機(jī)組試運(yùn)工作后，于2013年5月14日將3#主風(fēng)機(jī)組切至1#主風(fēng)機(jī)組運(yùn)行。隨后，在3#主風(fēng)機(jī)組無負(fù)荷的情況下對靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果為能夠在正常范圍內(nèi)動作，但存在動作滯后的現(xiàn)象。次日對3#主風(fēng)機(jī)組進(jìn)行解體檢修。

3.1 機(jī)組解體檢查情況

（1）入口導(dǎo)葉和一、二級靜葉結(jié)垢較為嚴(yán)重，尤其是一級和二級靜葉的迎風(fēng)面結(jié)垢非常厚且表面凹凸不平，靠近機(jī)組里側(cè)比外側(cè)結(jié)垢嚴(yán)重。從流動特性來分析，由于機(jī)組外側(cè)氣流的圓周速度較高，故外側(cè)結(jié)垢較??；在靜葉接近全開位置時，由于迎風(fēng)面結(jié)垢較厚且表面凹凸不平，導(dǎo)致氣流在葉弧處的正沖角度不一致，導(dǎo)致氣流旋渦的產(chǎn)生，流動方向較為發(fā)散，形成二次流，造成風(fēng)機(jī)能量損失加大，效率下降和風(fēng)量的劇烈變化。由于存在多級動靜葉片，故存在疊加放大的作用，但以端部基元級即第一級最為嚴(yán)重。因此，從葉片的原始葉型和目前的葉型對比來說，原始的動靜葉片均為三元流設(shè)計，葉片呈現(xiàn)較為完美的流線型弧線。而葉片結(jié)垢后葉片的弧線將不在是光滑的圓弧過渡或者說不是流線型。當(dāng)氣流沖角發(fā)生變化并且在葉弧處的沖角不一致時氣流的流動方向發(fā)生了較大改變，表現(xiàn)出風(fēng)量的劇烈變化。

（2）一級動葉受力面的結(jié)垢比葉背弧結(jié)垢嚴(yán)重，受力面的葉根結(jié)垢嚴(yán)重，葉頂則基本沒有結(jié)垢，同樣說明了因機(jī)組外側(cè)即葉頂?shù)木€速度較高，故越靠近葉根則結(jié)垢越嚴(yán)重。同時由于受力面存在較大的正壓力，高速行進(jìn)中的黏性物質(zhì)黏結(jié)在在葉片的受力面上，而葉背弧正壓力要小得多而僅是在正沖著氣流的葉片邊緣上附著。由于動葉片與氣流之間的相對速度要比靜葉片與氣流之間的相對速度大，故靜葉片要比動葉片結(jié)垢嚴(yán)重得多。

（3）靜葉片的轉(zhuǎn)軸處也存在積灰或結(jié)垢現(xiàn)象?？紤]到3#主風(fēng)機(jī)組從1989年投用至今，靜葉片轉(zhuǎn)軸處的石墨軸承一直沒有更換過，因此將轉(zhuǎn)軸和石墨軸承解體，發(fā)現(xiàn)石墨軸承存在磨損導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸和石墨軸承之間存在縫隙，超過允許值，從而為灰塵和水汽的侵入創(chuàng)造了條件。隨著濕灰塵長時間的沉積導(dǎo)致靜葉活動不靈敏。

通過以上檢查情況和分析判斷，可以確定：導(dǎo)致風(fēng)量異常波動、壓縮機(jī)壓比下降、效率降低的主要原因是動靜葉片結(jié)垢。

3.2 結(jié)垢物質(zhì)化驗分析情況

對結(jié)垢物質(zhì)進(jìn)行取樣，在化驗分析時考慮到周邊環(huán)境大氣中可能產(chǎn)生的污染源和化驗分析的方法，以確認(rèn)有機(jī)物和無機(jī)物的比例為目標(biāo)進(jìn)行化驗。化驗結(jié)果顯示，結(jié)垢物質(zhì)中90%以上的成分能夠燃燒，殘留的灰分小于10%。因此，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)性質(zhì)和周邊環(huán)境推斷：結(jié)垢物質(zhì)中存在微小的焦粉、煤粉、重質(zhì)油氣等有機(jī)物，同時存在少量無機(jī)物粉塵。

4.結(jié)語

為了避免出現(xiàn)同類事故，應(yīng)從檢修質(zhì)量、入口過濾器維護(hù)和環(huán)境治理等方面做好防范措施：

（1）機(jī)組檢修時應(yīng)盡可能將機(jī)組入口管道、機(jī)組內(nèi)部構(gòu)件清洗干凈，確保動靜葉片上沒有污垢。

（2）檢修時確保各運(yùn)行機(jī)構(gòu)動作靈敏到位，同時盡可能提高動靜葉片本身的光潔度，降低固體顆粒附著的機(jī)率。

（3）空氣入口過濾器的過濾精度要適中并提高過濾效率，減少固體顆粒的攜帶量。當(dāng)遇到霧霾天氣時，應(yīng)及時更換過濾器濾芯，不得犧牲過濾效果來提高風(fēng)量。

（4）加強(qiáng)周圍環(huán)境污染的治理工作，減少大氣中顆粒物的含量。