透平增压膨胀机烧瓦故障分析及处理

艾力.哈力力,陈丰巍,李强,田克英

摘要：本文针对某空分装置选用的透平增压膨胀机（PLPK-50/7.68-0.42）在发生电网波动，装置跳车过程中出现的烧瓦现象，分析了油压容器在机组惰转时不能正常向转子轴承正常供油的原因，并对目前采用的补充充气操作中存在的问题，进一步提出了量化的建议。

关键词：透平增压膨胀机；烧瓦、油压容器；充气操作

1.引 言

本单元I套空分装置（KDON--4500/9000）是由中国空分设备公司总承包的项目，装置应用联邦德国LINDE公司技术，主要采用深冷分离的工艺原理实现空气中的氧、氮分离。装置工艺特点采用国内开发的带冷冻机预冷的常温分子筛吸附净化空气，带增压透平膨胀机的全低压空分流程，由于提高膨胀机机前压力，增大膨胀机制冷量，相对降低加工空气量，降低氧单位能耗。装置精馏的冷量主要为节流制冷、膨胀机制冷、冷冻机制冷，其中85%来源于透平增压膨胀机（PLPK-50/7.68-0.42）的制冷，因此，透平增压膨胀机的正常运转，关系到整个装置的持续生产。但在装置开工初期，由于电网波动造成装置跳车，致使透平膨胀机发生了烧瓦现象，影响了装置的正常生产。

2．透平增压膨胀机：

透平增压膨胀机主要由带保冷箱及底架的透平膨胀机、增压机、增压机出口气体冷却器、供油装置（油箱、油泵、油冷却器、油过滤器、油压容器及配油管等）组成。其中膨胀机是制冷的主体，增压机则是对能量的合理运行，增压机的设置进一步提升了膨胀机的制冷功效，供油装置则保证了膨胀机、增压机转子正常运行时的润滑所需，分别对膨胀机、增压机的轴承进行供油，机组运行时供油温度为35—45℃，油压0.28—0.30 MPa(G)。

膨胀机制冷主要是循环制冷，装置生产运行过程中，加工空气经净化后，温度升到15℃进入空分设备。一小部分空气引入增压机增压到约0.79 MPa(G)，经气体冷却器冷却到15℃后进入主热交换器，与返流气体换热到约- 102℃时抽出，进入膨胀机制冷，最后送入上塔。

2.1工作原理

膨胀机制冷过程是利用气体经增压机增压，然后到膨胀机内进行绝热膨胀产生空分装置所必须的冷量，同时产生的机械能又被增压机所吸收。在此过程中，机组膨胀叶轮靠高压气体推动叶轮高速旋转，对外做功，消耗自有的能量，造成经膨胀机后的气体压力下降，体积膨胀，产生低温。所以膨胀机运行的原动力则是进入膨胀机的高压气体。

2.2供油流程

透平膨胀机在正常运行时，其配套的油泵运行，油箱内的润滑油经油泵后流经冷却器、过滤器以及油分配器，最后将油供至膨胀端轴承和增压端轴承，同时部分润滑油贮入油压容器，进行一定油量的储备，用于油泵无法供油的情况下，机组停运时所需的用油。油压容器可供油时间为：当油泵停止工作后，在1分钟内可保证供油。

2.3油压容器工作原理

油压容器内初始是常压空气，油泵启动后，泵后油压高于常压空气，润滑油在压差的作用下，存入油压容器，油位示镜中显示油位上升，此时油压容器内原先的常压空气受到油压的作用被压缩，压力上升，最后与油压相持平。

当油泵停运后，供油压力开始下降，当油压低于油压容器内空气压力后，润滑油则在压力空气的推动下，由油压容器经供油管线传送至膨胀端轴承和增压端轴承，供机组惰转所用。

3．烧瓦原因分析：

3.1 初步分析检查

电网发生波动时，空气压缩机主电机停止运行，同时增压膨胀机在缺少动力的情况下停止运行，另外膨胀机油泵的电机也受电网影响停止运行，所以在增压膨胀机惰转过程中发现烧瓦，最可能的原因则是油压容器无法正常供油所至，按此思路，车间依次分析检查了油品油质，油冷却器、油过滤器、油分配器及供油管路后，对油压容器也进行了全面的检查。检查发现以下两点问题：

1） 油压容器内油位满液位。

2） 停运油泵后，打开油压容器底部导淋，无法将油释放出来。

3.2 具体原因分析

分析一：润滑油在进入油压容器之前，油压容器内充满了常压空气，当润滑油进入油压容器后，常压空气无排放口，被迫压缩，其在油压容器内占有一定的容量，所以油压容器中的油位不应该为满液位，油压容器在正常油位应处于示镜的2/3处，油压容器出现满液位则说明油压容器内的相应的空气量减少。

分析二：打开油压容器底部导淋，无法将油释放出来，说明油压容器内处于常压状态，由于前后无压差，在没有压缩空气的情况下，油的静压力不足以克服管线阻力流出来。

分析三：油压容器除油位示镜之外为全封闭状态，而油位示镜的玻璃面板是用螺丝紧固在容器表面，对气体不能起到完全密封，所以存在着气体泄漏的可能，所以油压容器内的压缩空气在透平增压膨胀机长期运行的过程中随泄漏而消失。

通过上述分析得出最终结论：由于油压容器的油位示镜的密封不严，造成透平增压膨胀机在运行过程中，油压容器内的压力空气的向外泄漏，致使油压容器内油位上升，但由于油压容器内缺少足够的压缩空气，所以无法将储备的油送至轴承，最终造成机组烧瓦现象。

4.烧瓦的预防措施

针对上述原因，车间要求在透平增压膨胀机运行过程中，加强对油压容器的油位监控，当发现油位升高时，岗位人员及时汇报至车间，并在车间的安排下对透平增压膨胀机进行切换运行，当备用机组正常运行后，原机组停运后，则对其油压容器进行补充充气操作。

4. 充气流程

4.1 膨胀机不充气时充气线阀门状态

充气线充气阀---------全关

充气线放空阀---------全开

油压容器排污阀-------全关

4.2 充气操作

1）岗位接到充气指令后，进行机组切换后，停运透平增压膨胀机机组。

2）等轴承得到足够滑润冷却后再停运膨胀机油泵。

3）确认油压表指示为零，将油压容器的底部导淋与仪表气线相连接。

3）打开油压容器底部导淋，打开仪表气线阀门，气体充入。

4）等待一段时间后停止充气。

5）重新启动油泵，恢复机组运行。

5.对措施的改进提议

在执行补充充气的过程中，经常发现存在以下二方面问题：

第一、充气不足，其体现是充气后重新启动油泵，升压至正常油压，观察油压容器的油位仍处于油位高状态。造成这种情况主要是因为压力容器经充气后，压缩空气仍不足，主要原因是充气时间过短，充气量少

第二、充气过多，其体现是充气后重新启动油泵，油压容器油位示镜中无油位显示或油位过低。造成这种情况主要是充气时间过长，或气源压力过高，同时启动油泵过急，充气后直接启动油泵。此时，油压容器虽然有了足够的压缩空气，但由于过多的压缩空气占据了容器空间，无法储贮一定数量的油，也无法满足机组在油泵故障后一分钟的供油。

所以在充气过程中个人建议引入二个量化标准，即：

1）充气过程时我们以膨胀机油箱油位为观察点，当油箱油位不再上升时，我们认为充气完成，这样就能避免了油箱充气时间过短，充气不足。以油箱油位为衡量标准。

2）充气过程完毕后，不要急于启动膨胀机油泵，让油压容器处于静止状态，底部排污阀可保持全开，当排污阀导淋处无气体排出时，油压容器已经处于常压状态，与外部气压保持平衡，此时关闭导淋，启动油泵，就能保证油压容器内的压缩空气和油两者的储量。在此是以底部导淋全开时无外排气流为衡量标准。

6.结语

透平增压膨胀机在深冷制氧的工艺过程中，起着至关重要的作用，其工作的正常与否直接关系到空分装置的安全平稳运行。经过对膨胀机在电网波动的过程中发生烧瓦现象的分析和对问题的处理可以看出，在生产过程中，在解决问题的过程中，深入问题的实质，把握关键环节，加强对操作的控制，强调操作中的衡量标准，对任何操作精细至具体参数的量化，才能真正有效的解决生产中存留的问题。

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