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1 4CI型压缩机技术参数 广西柳州钢铁（集团）气体公司20000 m3/h空分机组配套氮气透平压缩机是国外进口机组，型号为4CI型，电机功率为5000 hp，转速1490 r/min，处理气量23000 m3/h、5级压缩、排气压力2.5 MPa（表压，下同），增速箱垂直剖分，一至四级的中间冷却器为内置式冷却器。 内置式冷却器：多通道对流以达到最佳冷却效果，内置式冷却器，结构紧凑，冷却效果好。气走管内，每根管道内壁有翅片，换热管材质为铜，翅片材质为铜，增加热交换面积，高性能，低温差，压降低，效率高；水走管外，壳程由5道折流挡板进行合理的布水，使冷却水充分的换热，多通道对流以达到最佳冷却效果。 2 故障原因分析及处理措施 该设备于2004年投产，投产运行初期，运行十分平稳，振动值均大幅度小于规定报警值，但各级冷却器后排气温度在不断上升。该氮气压缩机经过一年多的运行后，三、四级温度上升幅度较大，在循环冷却水的进水温度为32℃的时候，三、四级的温度超过报警值，随设备的运行，排气温度逐步接近停车值。 为此认真分析了该故障的机理：冷却系统的结垢主要是由于冷却水中含有可溶性的不稳定的重碳酸金属（还可能含有其它金属的阴阳离子和各种杂质）。当氮压机工作时，运动部件及压缩的氮气产生了大量的热量，这些都将使冷却水温度的升高。通常，碳酸盐浓度若不超过饱和极限，则稳定地存在于水中；但由于冷却水随着氮压机的运转，温度将不断升高，使水中盐类浓度逐渐超过饱 和极限，便发生沉淀而形成导热性极差的水垢。温度愈高，盐度愈浓，生成的水垢就越快，愈多愈硬。水垢在冷却系统内形成，将会缩小水流道截面积，增加冷却水水循环的阻力，阻碍正常的热交换。随着水垢层的不断加厚，将造成设备严重的冷却不良而带来一连串的恶果：如氮压机增加功率消耗、减少吸气量、降低排气量，高温可使润滑油粘度下降，影响其正常工作，并将缩短使用寿命；同时，对管内的水垢难以清除，增加维修的费用。因此，水垢对氮压机的安全、经济运行危害极大，必须加强对冷却系统管理和采取有效的措施。 2.1 中间冷却器水路反冲 停止该设备的运行，在停机的状态下利用循环冷却水对各级中间冷却器进行返冲，即循环水的流动方向与设备运行时相反，循环水从排水管至冷却器再从进水管流出，目的是改变水的流向把堵塞在冷却器管口的污垢及机械杂质冲走，改善冷却水的布水及提高流通面积。采取这一措施后，冷却器后水温有所下降，但效果不显著，该设备运行了一段时间后出气温度将进一步的回升，并且之后采取这一措施已经没有成效。 2.2 化学试剂清洗清除水垢 在了解设备冷却系统的结垢原理之后，决定对设备进行化学试剂法。根据设备厂家的推荐使用迪奥克斯98除垢剂进行浸泡清洗，因为该冷却器使用的是铜管，迪奥克斯98对铜有轻微的腐蚀性，但对碳酸盐类结垢有很好的清洗效果。为了减少除垢剂对铜管的腐蚀，把迪奥克斯98与自来水进行一定比例的混合，降低清洗剂的浓度。在停机的状态下进行清洗，采用与返冲一样的模式，用耐酸泵把迪奥克斯98混合液打到冷却器的壳层然后再回流至已准备好的容器中，如此反复的进行循环清洗，把溶解的碳酸盐类的污垢溶解并冲走，为避免铜管的腐蚀，根据除迪奥克斯98混合液的pH值的变化，来判断是否需要继续的清洗。 采用化学试剂除垢后，3、4级排气温度下降了6℃左右，经过这次的清洗后，设备运行了几个月的时间，排气温度又逐渐升高，我们反复使用化学试剂除垢的方法，但每次使用后的效果都比前面一次差，到后期每个星期需停机清洗一次，严重地影响设备正常的生产。 2.3 采用机械清理及化学试剂清洗相结合，处理冷却器水垢 化学试剂清洗的方法无法凑效，决定拆卸中间冷却器，在外部对中间冷却器进行清洗除垢。把中间冷却器拆开之后发现壳程管壁之间塞满了水垢，附着在管壁上形成硬块。根据形成的水垢的形态，大致可以判断含有一定量的硅酸盐化合物。把冷却器放在盛有迪奥克斯98的容器里浸泡，过一段时间后取出，未发现水垢有明显的减少，由此可佐证硅酸盐类水垢的存在。在这样的情况下，决定采用机械除垢的方法，把可见的管壁缝隙里水垢刮走，然后用0.5 MPa的氮气进行吹除，可以把厚度比较薄的水垢吹除掉。若在吹除的过程中，用木槌敲击冷却器端面可以震落部分的水垢。经过这样的除垢，回装中间冷却器。开机运 行几个月后，排气温度开始逐步上升，运行大半年的时间，排气温度接近报警值。 2.4 严格监控循环水系统水质指标及对氮气压缩机循环水进行二次加压经过反复的处理和尝试不同的方法，不能根除故障，采用了不同的方法，仍然有部分水垢无法根除，我们改变了思路，决定从冷却水方面入手，既然不能根除水垢，那么就采取措施防止或减缓水垢的形成。 （1）根据检测发现钙离子含量在400~500 mg/L时，中间冷却器的换热效果急剧下降。因此，我们严格监控水质的变化，把循环水里的钙离子含量控制在300 mg/L以下； （2） 在冷却水的进口管安装管道泵，把冷却水的进口压力从0.4 MPa提高至0.65 MPa （冷却器壳程设计压力0.8 MPa），在冷却水的出口管端加装一路DN50的支阀，在夏天气温高时，把冷却水直接排至地沟，加快冷却水在冷却器内的流动，减缓水垢的形成。 这样的方法取得一定的效果，可以把排气温度长时间的稳定在报警值附近。但是额外增加了电及水的损耗，管道泵发生故障时必须停机进行检修或更换，降低设备运行的可靠性和经济性。 2.5 更换压缩机中间冷却器，为降低采购成本及周期，对中间冷却器进行国产化改造在采取了多种措施仍无法改善压缩机的排气温度，2009年10月我们使用了国内厂家制造的中间冷却器更换了原厂冷却器，在实际的使用中，国产冷却器也可以达到使用要求，国产冷却器投入运行时的参数见表1。 2.6 为彻底改变压缩机排气温度高的被动局面，对冷却器水路进行扩容改造 3 结语 4CI型氮气压缩机在投产后的5年里，排气温度过高的问题严重影响了制氧机组的生产运行，在这5年内，采取了各种手段和措施处理中间冷却器的结垢问题，尽可能地降低设备的故障时间和故障率。在尝试了各种方法和措施都无法达到预期效果的情况下，在充分研究讨论后，大胆提出在进口设备本体扩孔，对水路进行改造，这是国内该机型的第一次尝试，通过这一方法取得了显著的效果，改造成功后，厂方派人进行现场考察，对后续该机型进行了相应的改进。通过对中间冷却器国产化和中间冷却器水路的改造，有效降低的了设备的运行维护成本，提高设备运行的安全性和可靠性，打破进口设备不能改造的迷信，开 阔了进口设备维护的思路，为同行同类设备的故障处理提供参考。 |
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