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1 引言
用于6500m3/h制氧的5TYD160型空壓機(jī)組于2003年初在我廠試運(yùn)轉(zhuǎn)期間，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)有“帶水”作業(yè)問題。由于我廠低空污染較嚴(yán)重，空氣中含有一定量的SO2等有害氣體和被風(fēng)揚(yáng)起的干燥的極細(xì)顆粒的銅精砂（＜5μm的顆粒在遇到西北風(fēng)或東北風(fēng)的時(shí)候，這些有害物質(zhì)就會隨同原料加工空氣一起被吸入空壓機(jī)內(nèi)，經(jīng)壓縮濃縮后，部分被機(jī)內(nèi)濕熱的水蒸氣和小水珠吸收，產(chǎn)生具有腐蝕性的氣液混合體。它既腐蝕所接觸到的金屬表面，又吸附原料空氣中的微小塵埃，所以導(dǎo)致空壓機(jī)在試運(yùn)轉(zhuǎn)期的20天內(nèi)，就使轉(zhuǎn)子的Ⅳ、Ⅴ兩級葉輪葉片的入口部位沖刷磨損嚴(yán)重。同時(shí)，機(jī)內(nèi)有大量集塵。造成空壓機(jī)短暫停機(jī)4天后，由于塵埃的冷卻、凝固、干燥等作用，在轉(zhuǎn)子的Ⅲ級級間軸封處，將轉(zhuǎn)子與機(jī)殼牢固地粘結(jié)成一體，使空壓機(jī)準(zhǔn)備再啟動時(shí)，盤不動車。因此，被迫解體檢修。在檢修中，針對試運(yùn)轉(zhuǎn)期出現(xiàn)的問題，采取了一些積極的預(yù)防措施，并在2003年2月初，正式投入使用。在使用中，觀察到空壓機(jī)在表1所列參數(shù)下工作時(shí)，Ⅲ、Ⅳ兩級后排放的空氣中含有大量的水氣和水液。
表1
機(jī)組進(jìn)氣壓力/ kPa 0.9 空氣流量/ (Nm3/h) 31500
Ⅰ級排壓/ MPa 0.06 大氣溫度/℃ 22.6
Ⅰ級排溫/℃ 74.1
Ⅱ級排壓/ MPa 0.145 Ⅱ級進(jìn)溫/℃ 40.1
Ⅱ級排溫/℃ 93.7
Ⅲ級排壓/ MPa 0.24 Ⅲ級進(jìn)溫/℃ 39.6
Ⅲ級排溫/℃ 88.5
Ⅳ級排壓/ MPa 0.36 Ⅳ級進(jìn)溫/℃ 39.2
Ⅳ級排溫/℃ 78.3
Ⅴ級排壓/ MPa 0.50 Ⅴ級進(jìn)溫/℃ 39.0
Ⅴ級排溫/℃ 63.0
顯然，按照表1參數(shù)運(yùn)行，空壓機(jī)級間仍帶有少量水。為此，只好將級間操作溫度適當(dāng)提高至（50±5）℃，以適當(dāng)避免級間帶水?？墒?，江南地區(qū)的夏季，由于氣溫高，空氣含水量大，即使依照提高后的級間溫度進(jìn)行操作，也不能完全避免夏季空壓機(jī)級間帶少量水。正因如此，空壓機(jī)在經(jīng)過包括夏季在內(nèi)的7個多月的運(yùn)轉(zhuǎn)后，于2003年8月25日19:00時(shí)，第一次出現(xiàn)靠電動機(jī)端的排氣高壓側(cè)徑向可傾瓦軸承的X方向振動超標(biāo)報(bào)警，從而使空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)失效，進(jìn)入解體檢修階段。
2 空壓機(jī)解體后狀況
揭開上機(jī)蓋后，發(fā)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ兩級葉輪及其相配的蝸殼氣道光亮如新。但從Ⅲ級的進(jìn)氣道開始，壁面出現(xiàn)了厚達(dá)1～2mm的塵垢。由此往后，各級的進(jìn)、排氣道和蝸殼壁面都布滿了塵垢，而且越往后的級，塵垢積的越多越厚。尤其是Ⅳ級蝸殼和其相配葉輪輪蓋相對壁面的一處掛塵，其厚度使Ⅳ級葉輪輪蓋的中部發(fā)生碰摩，并劃出一道1.5mm×0.5mm（寬×深）的圓圈。顯然此處就是直接導(dǎo)致靠近電動機(jī)端的可傾瓦滑動軸承徑向X方向振動超標(biāo)而報(bào)警的原因。同時(shí)，也應(yīng)是2003年8月8日停機(jī)后很難盤動車的主要原因。在Ⅲ級葉輪的排氣口附近，有“帶水”作業(yè)后留下的零星干涸塵跡；而Ⅳ、Ⅴ 兩級葉輪的外緣及輪盤則有嚴(yán)重“帶水”作業(yè)留下的若干溝壑狀塵跡。另外，還可看到這2級葉輪葉片的入口處，葉片與輪盤和輪蓋相焊接的兩處，沖刷磨損比葉片本身要嚴(yán)重得多，使葉輪葉片的入口形狀成月牙形。級間冷卻器芯的鋼骨架銹蝕也嚴(yán)重，特別是各芯下部銹蝕更為嚴(yán)重。4個級間冷卻器殼體的情況是：Ⅰ級后冷卻器殼體的空氣通道略有銹色，但無明顯的塊狀銹蝕片；Ⅱ級后冷卻器殼體的空氣通道則開始出現(xiàn)大面積的銹蝕片，其厚度為1.5～2mm；Ⅲ、Ⅳ兩級后的殼體空氣通道則銹蝕嚴(yán)重，銹蝕片厚達(dá)2～2.5 mm。
3 塵垢的不同分布及其對應(yīng)的主要化學(xué)成分
空壓機(jī)內(nèi)不同地方的塵垢，都分別取了樣，經(jīng)測量和化學(xué)分析得知，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 3級葉輪里的葉柵垢片厚度分別為1～1.5 mm，其主要化學(xué)成分是FeSO3，其次是CuSO3等物質(zhì)。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 3級蝸殼和其配對的葉輪葉片出口外緣附近以及輪盤處的“浮塵”，其主要化學(xué)成分是CuSO3，其次是FeSO3，和少量的CaSO3等物質(zhì)。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 3級后冷卻器殼體的排氣道里的垢片，其主要化學(xué)成分基本與葉柵垢片成分相同，只是比葉柵垢片含F(xiàn)eSO3成分更高一點(diǎn)而已。Ⅲ、Ⅳ兩級后冷卻器芯的進(jìn)氣側(cè)分布的“浮塵”，其主要化學(xué)成分與蝸殼和葉輪輪緣處的表面取樣成分相同。
4 空壓機(jī)結(jié)構(gòu)上存在的薄弱環(huán)節(jié)
通過分析認(rèn)為，造成空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)失效的是塵垢，而引起塵垢的原因是帶有腐蝕性的水或水蒸氣造成的腐蝕。所以解決水的分離和排放應(yīng)是首要問題，其次是增加抗銹蝕能力。
根據(jù)空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)近1年的實(shí)際情況，以及兩次故障解體情況的分析，歸納總結(jié)出空壓機(jī)主要存在以下幾處薄弱環(huán)節(jié)。
（1）解體看到空壓機(jī)轉(zhuǎn)子Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 3級葉輪及其這段軸上的軸套和平衡盤等都有“帶水”作業(yè)現(xiàn)象，并造成了這些零部件較嚴(yán)重的銹蝕。因此，需要提高這3級葉輪的抗腐蝕能力。另外，在空壓機(jī)的拆裝過程中，通過水平儀檢測，也發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的2個軸徑處的水平度有誤差，2個軸徑的外側(cè)都有向上翹，而內(nèi)側(cè)則有向下傾斜的趨勢。證明軸的彎曲剛度薄弱，需要加強(qiáng)。
（2）空壓機(jī)的4個級間冷卻器芯的冷卻能力過剩，造成芯子占據(jù)空間大。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在最炎熱的夏季，冷卻器的冷卻水量的閥門開度最多只用到80%左右，而這時(shí)各級間的進(jìn)氣溫度僅達(dá)到40℃左右。證明冷卻能力過剩，可以適當(dāng)減小芯的尺寸，騰出空間，以安裝水氣分離裝置。此外還看到，這4個冷卻器芯的鋼骨架銹蝕嚴(yán)重。由于銹蝕片可能會由于沖刷而進(jìn)入加工空氣中。因此，需要改換材料，以提高骨架的抗銹蝕能力。
（3）在夏季，空壓機(jī)經(jīng)Ⅱ級壓縮、冷卻后，已有冷凝水析出。為了能及時(shí)地將這些水分排出機(jī)外，需要設(shè)置水氣分離器。
根據(jù)2003年夏季的應(yīng)用情況和通過解體分析知道，當(dāng)氣溫在35℃以上時(shí)，若Ⅱ級進(jìn)氣溫度為40℃、排氣壓力則為0.145 MPa、若排氣溫度為95℃，當(dāng)排氣冷卻到40℃時(shí)，則會有少量冷凝水析出。解體時(shí)會看到Ⅱ級壓縮冷卻后的排氣通道，由于“帶水”而造成了表面全部銹蝕。因此，應(yīng)安裝水氣分離器。
（4）解體時(shí)看到，Ⅲ、Ⅳ兩級后的水氣分離器制造精度差。存在橫排水孔與引流板孔對不上的現(xiàn)象。在排水孔處沒有集水槽的情況下，可能發(fā)生分離出的水珠進(jìn)不了孔，又被氣流夾帶沖走的可能。另外最主要的還是水氣分離器的氣流路線不夠長，也不夠曲折，不能充分地將冷卻后壓縮空氣中含有的水分分離出來。尤其是在Ⅲ、Ⅳ兩級后，由于壓力高，溫差大，出水量多，氣流速度大等特點(diǎn)，更應(yīng)設(shè)置“曲折而漫長的水氣分離之路”?，F(xiàn)有的水氣分離器很可能就是因?yàn)闅饬魉俣瓤?，水氣來不及分離，就流入下一級中去，從而導(dǎo)致下一級超量“帶水”。為此，應(yīng)想辦法使氣流速度降下來，或延長水氣分離的路徑和時(shí)間，以達(dá)到良好的分離效果。
（5）解體時(shí)看到，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 3級后冷卻器殼體的空氣流道嚴(yán)重銹蝕，說明選用材料有問題。
由于銹蝕片會被氣流沖刷磨損，并且還由于銹蝕片的不定期脫落，均會造成它們夾在加工氣流中，而進(jìn)入葉輪，產(chǎn)生對葉輪葉片的沖擊磨損，而且經(jīng)拋離后，還會成為各處積塵的重要組成部分。所以這里應(yīng)是一個嚴(yán)重的薄弱環(huán)節(jié)。
（6）解體后發(fā)現(xiàn)，Ⅲ、Ⅳ兩級后水氣分離器的2個垂直排放口與其相配的下蓋殼排放口的位置設(shè)計(jì)有不合理之處（圖3上圖）。
盡管第一次解體時(shí)，已在下機(jī)殼上開設(shè)了集水槽并擴(kuò)大了排放口，起到了減少水氣沖擊反彈量的作用，但并未從根本上消除沖擊而造成的反彈水氣，底部銹蝕比上部銹蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象依然存在。因此，這里的排放結(jié)構(gòu)仍有缺陷，需要進(jìn)一步改造。
5 采取的措施
（1）將空壓機(jī)轉(zhuǎn)子的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 3級葉輪以及這段軸上的軸套、平衡盤等零部件，全部改用耐腐蝕的不銹鋼材料制造。
（2）適當(dāng)減小空壓機(jī)的Ⅲ、Ⅳ兩級后冷卻器芯的尺寸，騰出空間，改造原來的水氣分離器（圖1），使其變?yōu)閳D2所示尺寸的水氣分離器。
顯然，改后的分離器變厚了，水氣通路變得“曲折而漫長了”。需要說明的是，改后會使冷卻器芯的進(jìn)水量減少17%左右（計(jì)算略）。根據(jù)2003年夏季的應(yīng)用情況來看，水量的有限減少，不會影響到夏季所要求的冷卻后溫度40℃。因此，方案可以實(shí)施。同時(shí)，在改制時(shí)，也將冷卻器芯的鋼骨架換成了不銹鋼骨架。
（3）在空壓機(jī)的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 3級后冷卻器殼體排氣通道的入口處，加裝相當(dāng)于圖1所示的水氣分離器。同時(shí)，在各級相應(yīng)的下機(jī)殼上鉆出對應(yīng)的排放孔。
因?yàn)樵诟骷壓罄鋮s器殼體排氣通道的入口處，都有100mm×410 mm×1900mm的空間位置，只需將各氣道鋼板的入口向里稍微切割掉一點(diǎn)，就可以加裝相當(dāng)于圖1所示的水氣分離器。此分離器距原有的冷卻器芯后的水氣分離器約50mm。顯然，這項(xiàng)措施又進(jìn)一步加強(qiáng)了水氣分離工作。
（4）要求制造水氣分離器的廠方，提高制造質(zhì)量。保證已分離出的水滴或液體能準(zhǔn)確地流入橫排水孔中。不要再有已分離出的水分又被氣流吹進(jìn)下一級的現(xiàn)象發(fā)生。并要求廠方在重新設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量讓氣流流動路線再“曲折”一點(diǎn)，以提高水氣分離的能力。
（5）更換空壓機(jī)的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 3級后冷卻器殼體的材料，全部由不銹鋼材料來制造。
（6）改變各水氣分離器下部排放口對應(yīng)的下殼蓋排放孔位置，見圖3。
由圖3看到，直接在水氣分離器的2個垂直排放口的下方，下殼蓋上開設(shè)排放孔。這樣可以減少分離出的水分在底部停留的時(shí)間，有利于減少水氣沖擊造成的反彈水氣。為底部營造較干燥的空間提供了可能。
（7）鑒于水氣分離器分離水的能力已成倍地提高，以及空壓機(jī)的一些關(guān)鍵零部件的抗銹蝕能力也得到改善，因此，可以采用類似于操作“H400-6.5/0.97型離心式空壓機(jī)”的方法進(jìn)行操作。
H400-6.5/0.97型離心式空壓機(jī)的操作，基本上是按照“級間充分冷卻”的節(jié)能降耗方法進(jìn)行操作。一般在夏季，級間進(jìn)氣溫度在36～42℃，在冬季，級間進(jìn)氣溫度一般控制在30～35℃。在這種溫度下進(jìn)行操作，當(dāng)排氣壓力＞0.15MPa時(shí),在夏季通常級間排水量都較大,而在冬季的排水量卻只有夏季的1/5左右，甚至更少。由于H400-6.5/0.97型離心式空壓機(jī)級間排水效果很好,所以可以采用節(jié)能降耗的方法進(jìn)行操作。H400-6.5/0.97型離心式空壓機(jī)級間排水效果好的原因是，這種機(jī)型的空壓機(jī)和級間冷卻器是分上、下設(shè)置的，氣流管線長，而且存在垂直落差。水氣分離的時(shí)間和空間相對較寬裕，聚水結(jié)構(gòu)和排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)較合理。
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