“汽轮机-离心压缩机组”基础知识

“汽轮机--离心压缩机组”

基础知识

史何秋2014.61、概述2、离心压缩机2.1压缩机原理及选型2.2生产操作及注意事项2.3检修内容3、轴端密封3.1干气密封原理及选型3.2干气密封生产操作及注意事项4、汽轮机4.1汽轮机原理及选型4.2汽轮机生产操作及注意事项4.3汽轮机的检修4.4检修后的主要工作5、常见故障、处理方法及案例分析目录1、概述在炼化企业中，加氢装置循环氢压缩机、催化富气压缩机、乙烯三机组等均为装置核心转动设备，设备造价高，制造周期长，这类设备运行情况的决定着装置能否安稳长运行。这类设备在炼化企业的选型有个共同特点就是选用“汽轮机--离心压缩机组”。2、离心压缩机压缩机方法大体可分为两类：一是通过容积的变化，二是通过速度的变化。相应的压缩机可以分成两大类型：容积式（间断流动或连续流动）和动力式（连续流动）。2.1、压缩机选型及原理总的来说，往复压缩机适用于中小流量、压比大，而对气体组成不敏感。而离心压缩机适用于大流量、小压比（尤其对于氢压机来说），对气体的组成很敏感。压缩机选型除了考虑压缩机本身的适应性外，还应考虑布置、占地、一次性投资、节能及操作维护等因素。离心式压缩机型号说明MCL系列－水平剖分BCL系列－垂直剖分PCL系列－垂直剖分，管线压缩机（多用于天然气输送）2B

CL

40

5

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

Ⅴ--------表示缸内装的叶轮级数为5级

Ⅳ---------------表示首级叶轮名义直径为40cm

Ⅲ----------------------表示离心压缩机及无叶扩压器

Ⅱ----------------------------B表示垂直剖分结构，M表示水平剖分结构Ⅰ----------------------------------表示空白表示叶轮串级布置，2表示叶轮背靠背布置，3表示带中间抽、加气布置，D表示双吸结构2.1、压缩机选型及原理MCL水平剖分结构BCL垂直剖分结构2.1、压缩机选型及原理离心式压缩机的主要构件2.1、压缩机选型及原理板换循环氢入板换、重整进料量与时间的曲线图1、叶轮：做功部件，增加气体能量2、扩压器：转能装置，速度能转变为压力能3、弯道：改向，由离心改为向心4、回流器：均匀导向5、吸气室：进气均匀倒入叶轮6、涡壳：收集，引出7、轴承：径向支撑，推力平衡8、轴封：阻止气体外漏9、转子：叶轮与轴的组件2.1、压缩机选型及原理2.2生产操作及注意事项1、严禁在临界区内转速停留，极易发生由共振导致的振动偏大，特别是升降速时，当发生机组转速在临界区内停留且无法跳出该区域，振动有上升趋势，需实施紧急停机；2、机组停机前，要求防喘振管线阀门开半小时以上，使该管线内的积油吹至压缩机入口分液罐内；3、停机后需将压缩机与系统隔离。在压缩机置换、泄压过程中，保证压缩机一级入口压力不高于正常工作时的压力，气体正向流动，禁止压缩机反转；2.2生产操作及注意事项4、防止发生喘振现象任何一台离心式压缩机在某一固定的转速下,都有一个最高的工作压力,在此压力下有一个相应的最低流量.当低于这个最低流量时,压缩机不能产生与排出管线中预先确定的相同压力,在短时间内产生了气体以相反方向通过压缩机的倒流现象。喘振发生时,由于负荷波动,驱动机也处于不稳定的工作状态,止回阀忽开忽关产生撞击,气体压力和流量发生周期性变化,频率低幅度大,使压缩机发出特殊的吼声,压力表和流量计大幅度摆动，机体及相连管线部件产生强烈振动,极易损坏轴瓦、级间密封和轴端密封。具体防范措施有保持防喘振阀（返回线或出口放空）合适的开度、合适的转速、流程畅通等。2.2生产操作及注意事项5、润滑油泵的开停步骤为：先开干气密封隔离密封，干气密封隔离密封参数正常且十分钟后方可开启润滑油泵。停运时先停运润滑油泵，半小时后，方可停用干气密封系统。6、机组停运后的盘车

转子暖机前需先开盘车，防止转子弯曲，盘车时需保证速关阀处于关闭状态，避免盘车时蒸汽进入机组发生机组转动，盘车后需确认转子实际发生转动。机组停机后仍需盘车，盘车前需确认转子实际不转后方可盘车，盘车后也需确认转子实际发生转动。7、注意控制压缩机出入口温度，按工艺卡片进行控制，避免发生喘振、带液、超温等现象。2.3检修管理序号检修质量控制点检修质量控制内容级别1检修施工方案审核检修方案所涉及的各项内容齐全，所要测量数值记录表完整且有确切的标准数值，所用的各类工器具合理。A2专用工具清点和检验专用工具齐全完好。C3测量工具及辅助工装测量工具合格，并满足检修需要，特殊测量部位辅助工装合理。C4拆卸管道封口保护封口措施有效可靠。C5拆卸中应记录的数据对轮间距、对中度、轴串量、推力盘两端面跳动等。B6部件做标记缸体螺栓、内缸调整垫片、轴承瓦块等。C7缸体螺栓检验缸体、内缸等螺栓进行清洗、螺纹整齐完好、无损探伤合格。C8各零部件、流道检查及清理洁净见本色，观察是否有腐蚀、冲刷、变形，根据检修规程标准，初步确认是否更换。B9级间密封检验观察有无磨损变形，初步确定是否需要更换。B10轴颈、轴瓦检验观察有无磨损变形及表面缺陷，结合运行情况初步确定是否需要更换。B2.3检修管理序号检修质量控制点检修质量控制内容级别11缸体密封面检查缸体密封面洁净无锈蚀，水平度、平面度符合检修规程要求，用试验的方法检验上下缸体结合情况应拍照留存记录。A12转子检查检查转子叶轮流道内无积垢、锈蚀等附着物，有必要时进行高压清洗；检查转子轴套、主轴、叶轮、推力盘等无裂纹、冲蚀及严重磨损痕迹，必要时进行无损探伤检查。A13回装前确认对

7-12项进行综合评价，必要时进行抽检确认，确定更换零部件。A14测量转子和缸体固定件间间隙和对中级间密封、轴封内侧迷宫密封间隙，测量值符合机组检修标准、检修规程要求。A15干气密封干气密封安装前由生产厂家技术人员进行开箱检查，并对安装进行现场指导。A16轴承箱润滑油油封轴承箱润滑油油封间隙测量值符合机组检修标准、检修规程要求。B17轴承间隙及轴串量径向轴承间隙、止推轴承间隙（轴串量）测量值符合机组检修标准、检修规程要求。B18仪表测量探头安装及密封执行仪表相关专业规定或按照机组检修标准、检修规程要求。B19机组对中汽轮机驱动应以汽轮机为基准，电机驱动以压缩机为基准找正，同心度、同轴度测量值符合机组检修标准、检修规程要求。B20机组试运转编制试运方案，并经主管部门会签，负荷试运转。A21检修交工验收机组试运后，按照

SHS01001-2004《石油化工设备完好标准》的要求进行验收。并有完整、准确的检修、试运记录A2.3检修管理检修用备件清单：轴瓦、内筒体及端盖O型圈、干气密封、级间密封、密封胶、仪表探头（温度、振动、转速）等。3、轴端密封轴端密封有机械密封、浮环密封和干气密封三种，其中前两种均需配置油站，干气密封为上世纪六十年代逐渐发展，以干燥气体为密封气的非接触式密封，目前炼化企业绝大多数轴封均选用干气密封。干气密封的优点：1、密封寿命长，运行可靠，大大减少了计划外维修费用和生产停车；2、维护费用低，经济实用性好；3、避免了工艺介质被油污染的可能；4、省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的附加功率负荷。

浮环密封主要是高压油在浮环与轴套之间形成油膜而产生节流降压阻止机内与机外的气体相通，由于是油膜起主要作用，所以又称油密封。3、轴端密封3、轴端密封3.1干气密封原理及选型干气密封的工作原理,实际上是一种润滑气膜流体的动、静环结合型非接触式机械密封与气体阻塞密封的有机结合，其动环表面精加工出深度约2.5～10μm的沟槽，后经过研磨、抛光处理。静止状态下,在工作压力下的静环受介质压力和弹性元件的弹力,此二力的作用方向是将静环紧贴在动环上当动环旋转时,气体介质经沟槽泵吸作用,气体介质被引向中心,在被压缩的同时因密封堰的阻碍,气体压力逐渐增大而推开挠性定位的静环。在正常运转条件下该密封的闭合力等于开启力,这是理想的设计工况,若受到外来干扰,间隙减小,则气体剪切率增大,沟槽开启间隙的效能增加,开启力大于闭合力,恢复到原间隙;若受到外扰间隙增大,则缝隙内膜下降,开启力小于闭合力,密封面合拢恢复到原间隙,只要在设计考虑的范围内,外扰消失后马上即可恢复到原来的位置，动静环之间保持某一间隙,两者处于平衡状态。对于干气密封，端面在运转时是严禁接触的，所以密封间隙变化量越小越稳定，同时在外界干扰的情况下产生的影响也越小越好。一般说来，螺旋槽型式的干气密封气膜刚度较大，运行较稳定，但T型槽耐反转，需根据不同的工况进行槽型的选择。3.1干气密封原理及选型依据工作场合的不同，干气密封的主要密封型式可分为四种，即：单端面干气密封、串联式干气密封、带中间进气的串联式干气密封和双端面干气密封，由于炼油装置离心压缩机所压缩的工艺介质多为易燃、易爆、有毒、有害，故在密封型式的选择上多选择带中间进气的串联式干气密封，前干气密封为主密封，承受全部工作压力载荷，其密封气称为一次密封气或主密封气，一般是压缩机出口的工艺介质，后干气密封为辅助密封或安全密封，在主密封失效的情况下可保证有毒有害的工艺介质不泄漏出来，其密封气成为二次密封气，一般采用惰性气体作为二次密封气。催化装置富气压缩机的工艺介质为瓦斯气，工作压力不高，且介质易含油气、油泥等，故主密封气不能直接采用介质气，若对介质进行过滤除液处理则会造成过滤器芯清洗频繁，这里就采用了惰性气体N2作为主密封气，出于安全考虑，选用了双端面干气密封。3.1干气密封原理及选型单端面干气密封串联式干气密封带中间进气的串联式干气密封双端面干气密封3.1干气密封原理及选型3.2干气密封生产操作及注意事项1、润滑油泵的开停步骤为：先开干气密封隔离密封，干气密封隔离密封参数正常且十分钟后方可开启润滑油泵。停运时先停运润滑油泵，半小时钟后，方可停用干气密封系统。2、干气密封与隔离密封间的底部排凝线确保始终有合适的开度，避免润滑油进入干气密封。3、开停机时，不要在1000rpm下停留，低转速时气膜不稳定，易发生动静环碰磨；3.2干气密封生产操作及注意事项4、干气密封的投用步骤为：先投用隔离密封，压力正常且10分钟后方可投用润滑油。机组充压前先投用主密封气，确保主密封气始终正向流动，避免机体内未经过滤的其他进入干气密封，待机体压力大于放火炬线压力后方可投用二级密封，确保密封不受反压。5、投用干气密封后方可进行盘车，盘车速度不易过快。6、更换后需分别对主密封和二级密封进行静压实验。4、汽轮机汽轮机是用蒸汽做功的一种旋转式热力原动机，它的优点是功率大、效率高、结构简单、易损件少，运行安全可靠，调速方便、振动小、噪音小、防爆等，在炼油厂还可以充分利用炼油过程的余热生产蒸汽作为机泵的动力，这样可以综合利用热能。正因为这些优点，蒸汽轮机在炼油厂得到了广泛的应用。从出口压力来分，可分为背压式和凝汽式两种。背压式汽轮机结构简单，凝汽式汽轮机的结构就要复杂一些，因为它包含了抽空系统，表面冷凝器及其液位控制和凝结水泵等一系列设备，如何选择要视全厂的蒸汽平衡而定。分类名称说明按工作原理分冲动式汽轮机蒸汽主要在喷嘴叶栅内膨胀反动式汽轮机蒸汽在静叶栅与动叶栅内膨胀按所具的级数分单级汽轮机通流部分只有一个级多级汽轮机通流部分有两个以上的级按蒸汽在汽轮机内流动的方向分轴流式汽轮机蒸汽流动方向与轴平行辐流式汽轮机蒸汽流动方向与轴垂直周流式汽轮机蒸汽流动方向沿圆周流动按汽轮机热力系统特征分类凝汽式汽轮机排汽压力低于大气压力抽汽背压式汽轮机排汽压力高于大气压力，中间有抽汽背压式汽轮机排汽压力高于大气压力按用途分电站汽轮机用于发电工业汽轮机用于带动泵、压缩机泵船用汽轮机作为船舶的动力装置按汽轮机进汽压力分低压汽轮机1.2~1.5MPa中压汽轮机2~4MPa次高压汽轮机5~6MPa高压汽轮机6~12MPa超高压汽轮机12~14MPa按转速分低速汽轮机n＜3000转/分中速汽轮机n＝3000转/分高速汽轮机n＞3000转/分4、汽轮机背压式汽轮机蒸汽及疏水系统图4、汽轮机背压式汽轮机蒸汽及疏水系统图4、汽轮机4.1汽轮机的结构组成蒸汽轮机本体包括：静体（固定部分）--汽缸、喷嘴、隔板、汽封等；转子（转动部分）--轴、叶轮、叶片等；轴承（支承部分）--径向轴承和止推轴承。转子结构图4.1汽轮机的结构组成保安调节系统图4.1汽轮机的结构组成速关阀是水平安装在汽轮机汽缸的进汽管路上，由阀体、滤网和油缸等部分组成。速关阀是新蒸汽管网和汽轮机之间的主要关闭机构，在运行中当出现事故时，它能在最短时间内切断进入汽轮机的蒸汽。4.1汽轮机的结构组成蒸汽经过蒸汽滤网阀锥，在这个阀锥中装有一只卸荷锥，由于它的面积相对阀锥要小得多，所以在速关阀开启时能够减少提升力。在卸荷阀开启后，阀锥后的压差减小，容易被开启。阀套中的衬套有一个轴向密封面，当速关阀全开后，阀杆和衬套之间就不会有漏汽，而阀门关闭时，阀杆和衬套之间的漏汽经排凝口排出。油缸部分：速关阀是由油压控制的，开启过程是通过启动装置来操作的，压力油经过外侧接口通到活塞前面，使活塞克服弹簧力并将其压向活塞盘，而由启动装置的速关阀油通过内侧的接口进入活塞盘后面，速关油压力将活塞盘和活塞一起推到终点位置，阀门也由阀杆提升而开启，这时活塞前的空间和启动装置中的回油口相通。如果危急保安装置动作，速关油路中压力迅速下降，弹簧力大于活塞盘后油压力，于是活塞盘和阀杆、阀锥被迅速推向关闭位置，活塞盘后残留的部分速关油流入活塞和弹簧空间并经卸压口排出。4.1汽轮机的结构组成危急保安装置危急保安装置的作用是当汽轮机在运行中出现故障时，危急保安装置动作，将速关阀的速关油泄掉，使速关阀迅速关闭，切断汽轮机进汽。危急保安装置可以通过以下途径动作：

1、手动：将杠杆（1）向下压2、转子轴向位移：钩被转子的凸肩抬起3、危急遮断器动作1、杠杆2、托架3、通向速关阀的油口4、回油口5、滑阀6、从实验滑阀来的压力油7、活塞8衬套9、滑阀壳体10、弹簧11、控制凸肩12、控制凸肩13、衬套14、压力油进口15、节流孔板16、活塞17、钩1、螺栓2、螺纹套筒3、导向片4、导向环5、飞锤

6、销7、导向片8、导向环9、弹簧10、螺钉图7-10危急遮断器4.1汽轮机的结构组成气阀调节系统图4.1汽轮机的结构组成

1、关节轴承2、反馈导板3、活塞杆4、油缸5、活塞6、连接体7、套筒8、错油门滑阀9、错油门10、杠杆

11、调整螺栓12、弯角杠杆13、滚针轴承错油门、油动机系统图4.1汽轮机的结构组成1、油动机与错油门的作用油动机通过错油门将由调速器输出的二次油压信号转换成油缸活塞的行程，并通过杠杆系统操纵调节汽阀的开度，使进入汽轮机的蒸汽流量与所要求的流量或功率相适应。错油门从二次油路中得到信号，并控制作为动力的压力油进入油缸活塞的上腔或下腔。2、油动机与错油门的结构油动机主要由错油门、连接体、油缸和反馈系统组成。双作用油动机由油缸体、活塞、活塞杆及密封体组成，活塞杆上装有反馈导板及与调节汽阀杠杆相接的关节轴承。错油门的滑阀和套筒装在其壳体中，错油门滑阀的上端是转动盘，转动盘与弹簧座之间装有推力球轴承），弹簧的作用力取决于与调节螺栓及杠杆的位置。4.1汽轮机的结构组成3、错油门工作原理二次油压的变化使错油门滑阀产生上、下运动，当二次油压升高时，滑阀上移，由接口通入的压力油进入油缸活塞上腔，而下腔与回油口相通，于是活塞向下移动，并通过调节汽阀杠杆使调节汽阀开度增大。与此同时，反馈导板，弯曲杠杆将活塞的运动传递给杠杆，杠杆便产生与滑阀反方向的运动使反馈弹簧力增加,于是错油门滑阀返回到中间位置。通过活塞杆上调节螺栓调整反馈导板的斜度，可改变二次油压与活塞杆行程之间的比例关系。图示的反馈导板是直线，二次油压与活塞行程是线性关系。若反馈导板是特殊型线，则两者也可以是非线性关系。

反馈系统的作用是是油动机的动作过程稳定，它通过弯曲杠杆、杠杆、活塞杆及错油门滑阀构成反馈环节。弯曲杠杆一端的滚针轴承顶在反馈导板上，另一端和受弹簧作用的杠杆，调节螺栓连接。4.1汽轮机的结构组成下面介绍一下错油门滑阀的旋转与振动。压力油从接口（23）进入错油门，并经其壳体内的通道，由进油口（25）进入滑阀中心，而后从转动盘中的径向、切向孔喷出，由于压力油从转动盘的切线方向连续喷出，所以使错油门滑阀产生旋转运动，通过螺钉（24）调节喷油量的大小，可改变滑阀的转动频率，这一频率可用专门的测量仪表在螺栓套（26）中测出。为提高油动机动作的灵敏度。在错油门滑阀旋转的同时，又使其产生轴向振动，这是通过在滑阀下部的一只小孔（22）来实现的，滑阀每转动一圈该孔便与回油孔（20）接通一次。这时就有一部分二次油压排出，于是引起二次油压下降并导致滑阀下移，当滑阀继续旋转，小孔被封闭时，则滑阀又上移，因此随着滑阀旋转，滑阀一直重复上述动作，这时，就有微量压力油反复进入油缸活塞上腔或下腔，使活塞及调节汽阀阀杆出现微小振动，从而使油动机对调节信号的响应不会迟缓，错油门滑阀的振幅可由螺钉（21）来调节。4.1汽轮机的结构组成14、反馈弹簧15、推力轴承16、转动盘17、错油门滑阀18、二次油

19、回油20、回油孔21、螺钉22、回油孔23、压力油

24、螺钉25、进油孔26、螺栓套27、径向油孔4.1汽轮机的结构组成4.2汽轮机生产操作及注意事项1、控制好汽轮机进出口温度

蒸汽温度过低易带液，会发生液击损坏汽轮机叶片，要求至少有50度的过热度。开机时注意控制升温升速速度，不易过快，避免膨胀不均动静碰磨。2、开机时注意检查机组膨胀情况，有涨差指示、猫爪等监测点。3、日常定期检查工作有：润滑油蓄能器气体压力检查、速关阀防卡瑟试验。4.3汽轮机的检修序号检修质量控制点检修质量控制内容级别1检修施工方案审核检修方案所涉及的各项内容齐全，所要测量数值记录表完整且有确切的标准数据，所用的各类工器具合理。A2专用工具清点和检验专用工具齐全完好。C3测量工具及辅助工装测量工具合格，并满足检修需要，特殊测量部位辅助工装合理。C4拆卸管道封口保护封口措施有效可靠。C5拆卸中应记录的数据对轮间距、对中度、轴串量等。B6部件做标记缸体螺栓、内缸调整垫片等。C7缸体螺栓检验缸体、内缸等螺栓进行清洗、螺纹整齐完好、无损探伤合格。C8各零部件、流道检查及清理洁净见本色，观察是否有腐蚀、冲刷、变形，根据检修规程标准，初步确认是否更换。B9轴端汽封、级间密封检验观察有无磨损变形，初步确定是否需要更换。B10轴颈、轴瓦检验观察有无磨损变形及表面缺陷，结合运行情况初步确定是否需要更换。B11缸体密封面检查缸体密封面洁净无锈蚀，水平度、平面度符合检修规程要求，用试验的方法检验上下缸体结合情况应拍照留存记录。B序号检修质量控制点检修质量控制内容级别12转子检查检查转子叶轮流道内无积垢、锈蚀等附着物，必要时进行高压清洗。检查各级叶轮和叶片应无硬性碰撞损坏、冲刷腐蚀、裂纹、脱落等缺陷，必要时进行无损探伤检查。A13回装前确认对

7-12项进行综合评价，必要时进行抽检确认，确定更换零部件。A14测量转子和缸体固定件间间隙和对中轴端汽封、级间密封、轮毂与气缸、轮毂与静叶喷嘴等部位间隙及对中情况，测量点和测量值符合机组检修标准、检修规程要求。B15轴承座的同轴度及前轴承座的膨胀间隙调整以气缸为基准检测轴承座位置并检测前轴承座支撑膨胀间隙，测量值符合机组检修标准、检修规程要求。B16轴承间隙及轴串量轴承箱油封间隙、径向轴承间隙、止推轴承间隙（轴串量）测量值符合机组检修标准、检修规程要求。B17仪表测量探头安装及密封执行仪表相关专业规定或按照机组检修标准、检修规程和作业指导书要求。B18机械式危急遮断器危急遮断器与飞锤顶端及拨叉间隙值符合机组检修标准、检修规程要求。B19调速执行机构油动机与缸套；活塞杆与衬套；铰接孔和销轴的间隙。错油门滑阀与套筒的间隙及重叠度符合机组检修标准、检修规程要求。B20机组试运转编制试运方案，并经主管部门会签,负荷试运转,不少于4h。A21检修交工验收机组试运后，按照

SHS01001-2004《石油化工设备完好标准》的要求进行验收。并有完整、准确的检修、试运记录A4.3汽轮机的检修检修用备件清单：轴瓦、错油