技术
TECHNIQUE

进口大型高端压缩机主机大修及零部件国产化

   1、背景介绍
 
  延长中煤榆林能源化工有限公司聚烯烃中心聚丙烯装置的丙烯回收单元,由美国MTR公司生产设计、生产,其主机为日本前川公司生产的G252OLMC—MBM型双级串联双螺杆压缩机。该机组于2015年4月正式启用,运行状态一直不稳定,多次敬请国外专家来现场处理问题,一直没有彻底解决问题。带病运行至2015年12月19日,该压缩机只运行了约4000小时,先后发生了滑阀液压控制系统外接输油撕断、运行中主机突然抱死等严重事故,回收单元被迫停止。2016年元月,公司决定尝试由本公司工程技术人员与行业专家刘安才联合修复的方法,2016年2月开始拆解修理,同年4月修复运行,正常运行至2017年元月,压缩机系统主机再次发生了震动严重超标停机事故。本公司工程技术人员再次联合行业专家刘安才拆解分析、总结,自行设计、制作、更换了全部国产化零部件,2017年4月修复投入运行,机器稳定运行至今已过万小时,仍在正常工作之中。
 
  2、压缩机主机简介
 
  2.1 压缩机主机参数
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  2.2 主机构成
 
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  主机部分主要包括机械密封;一、二级螺杆止推轴承;一、二级阴阳螺杆支撑轴瓦;一、二级阴阳螺杆;一、二级前轴承支撑架;一、二级螺杆支撑架;一、二级后端支撑轴承;一、二级后轴承支撑架;主螺杆传动轴连接系统等组成。
 
  2.3 主机设计特点
 
  该主机最显著的设计特点表现为:结构上采用了两级主机串联布置、主螺杆轴内齿插接动力传动模式,整机中心低,有利于降低震动;两主机匹配采用了“双级双滑阀容积联动匹配、恒压输出调节”模式,即在输出压力设定恒定的条件下,二级压缩机通过滑阀滑动改变容积来追踪排气输出压力,保持恒压输出,而一级压缩机通过二级输入压力控制滑阀滑动,改变压缩机容积,达到双级进排气匹配平衡效果,有效地稳固了螺杆的动态定位。
 
  3、第一次故障压缩机零部件损坏情况
 
  3.1 故障发生
 
  2015年12月19日,压缩机正常工作中,系统连锁保护装置触发紧急停机,盘车检查机器抱死。拆开一级排气端,发现螺杆端与端盖间隙消失,摩擦烧结粘死,进一步拆解,多零部件损坏。
 
  3.2 机械密封损坏
 
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  机封石墨骨架因螺杆窜动量超过了其伸缩量程而挤破,失去密封作用。
 
  3.3 推力轴承报废
 
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  推力轴承失去止推作用是其他机件损坏的根源,而推力轴承失去止推作用的成因是供油不足造成的磨损所致。按照压缩机维修常规经验,整机八组推力轴承做报废处理。
 
  3.4 主螺杆轴轴承安装位磨损
 
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  拆下主轴推力轴承,轴承转动自如,轴承内圈直径比主轴轴承安装位直径大0.09mm,显然轴承内圈随轴转动,不合常规。有可能:该机出厂前,主轴推力轴承位加工存在问题。
 
  3.5 支撑轴承磨损
 
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  可能由于失油导致轴与支撑轴承不能有油膜悬浮支撑保护,直接摩擦;也可能润滑油中含有超量杂质,导致八组支撑轴承损坏。从磨损痕迹判断,两者兼有。
 
  3.6 一级压缩机两螺杆严重损伤
 
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  由于推力轴承失效,螺杆失去定位,导致两螺杆纵向互磨、轴向与端盖互磨,螺杆磨短了1.7mm,螺杆啮合面划痕密布。
 
  3.7 二级压缩机螺杆损伤
 
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  由于一级推力轴承失效,一级螺杆轴与端盖互磨产生铁削进入二级螺杆,导致两螺杆磨伤。
 
  3.8 一级螺杆壳体内腔磨损严重
 
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  由于一级推力轴承失效,一级螺杆轴与端盖互磨产生铁削进入螺杆腔,连锁反应损伤。成片磨痕面积达1700余平方厘米,磨痕深大1.5毫米。
 
   3.9 一级滑阀与导轨磨擦发热变色
 
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  滑阀错误的频繁滑动、失油导致滑阀与导轨互磨发热,导轨底面磨低了0.4毫米。
 
  3.10. 一级压缩机排气端端盖严重磨损
 
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  一级压缩机排气端端盖,因推力轴承失效,导致螺杆与端盖互磨,端盖磨深达0.9毫米。
 
  3.11  其他问题
 
  3.11.1 一级压缩机滑阀活塞密封相比较二级滑阀活塞密封,没有安装冒型密封,但密封o圈高出活塞外圆面0.5mm,密封作用存在,耐磨效果要远低于同机二级活塞,估计是原机器装配漏项;
 
  3.11.2 一级压缩机滑阀与活塞缸连接轴密封o圈破裂,导致滑阀调节难以稳定定位;
 
  3.11.3 一级压缩机进气端的过渡段端盖孔与滑阀能量指示引出轴不同心,导致过渡段端盖与进气端螺杆端盖定位销安装连接后,滑阀滑动憋劲,滑动困难;
 
  3.11.4 一级压缩机能量引出轴封o圈磨破。
 
  4、零部件修复与国产化
 
  系统来自美国MTR公司,而压缩机为日本前川公司制造,国内没有同类生产厂商,如果更换原装零部件,不仅价格昂贵(主机中不含螺杆的整套零部件价格竟超过主机价格的15%)、采购周期漫长(款到后三个月),而且采购条件苛刻、附加限制条款繁多,商务操作难度很大,无法满足实际生产的紧迫需要。因此,自行修复损伤部件或自行设计加工代用件、恢复整机性能,就成了必然的选择。
 
  4.1 损坏件修复方法
 
  4.1.1 螺杆与进气端盖的修复
 
  修复螺杆与进气端盖的工艺路线如下:
 
  a.取样化验确定材质;
 
  b.无损探伤确定裂纹部位需要剔除的尺寸;
 
  c.剔除裂纹部位;
 
  d.激光熔敷恢复损伤部位;
 
  e.无损探伤检查熔敷质量;
 
  F.去除应力;
 
  J.按照未受损部位尺寸、型线设置加工参数,采用专用加工中心加工复原;
 
  H.检查两螺杆的啮合度、动平衡螺杆。
 
  4.1.2 支撑轴瓦修复
 
  修复支撑轴瓦的步骤如下:
 
  a.取样化验确定材质;
 
  b.测绘轴瓦;
 
  c.在仿制基础上,加大轴瓦进油孔以增加进油量;加宽轴瓦保油边以提高油膜支撑力。
 
  4.1.3 机械密封仿制
 
  仿制机械密封的过程如下:
 
  a.取样化验确定材质;
 
  b.测绘原装机械密封;
 
  c.使用与原机械密封相同的材料,按照国产同类型机械密封标准确定参数;
 
  d.测绘设计图纸;
 
  e.按照设计图纸、工艺文件和相关标准加工生产。
 
  4.1.4 一级压缩机机身内孔修复
 
  a.冷焊贴焊;
 
  b.镗床粗加工;
 
  c.珩磨机珩磨到尺寸。
 
  4.1.5 更换整机全部密封o圈
 
  5、修复运行
 
  2016年4月,修复机器回装首次运行,存在一级滑阀载位指示始终在30%—90%之间往复变化,滑阀同步位移问题,滑动频率在15次/min—17次/min之间,导致滑阀控制进油管随之同频率震动,振幅在4mm左右,除此问题外,机器其他工作正常。
 
  分析认为是如下因素所致:a、电控制系统给定了一个错误控制信号;b、三位四通控制阀漏油;c、活塞密封漏油;d、活塞轴封漏油。
 
  为此,检测电控制系统,未发现错误信号;检查试验三维四通控制阀,未发现泄露;拆卸一级压缩机滑阀活塞,改单o圈密封为双o圈密封,以克服活塞可能的密封漏油问题。
 
  经过以上检测、改造,滑阀载位稳定性问题仍未解决,无奈再次拆解整机,发现活塞轴封o圈撕裂了一个直径约1mm的不规则裂口。分析该裂口成因为装配中硬伤,更换该o圈后,机器恢复正常。
 
  6、修复机器运行事故
 
  2016年4月修复机器投入运行,2017年1月下旬,该压缩螺杆压缩机,发生了运行声音异常、二级副螺杆轴位移值超限问题、机器震动值超标等问题,设备控制管理人员主动停车。
  
  6.1 拆解检查发现如下问题
 
  a.二级止推轴承滚珠磨损
 
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  b.一级止推轴承滚珠磨损
 
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  c.一级轴承外圈磨损
 
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  d.轴瓦磨损
 
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  6.2 问题成因判断
 
  6.2.1 二级推力轴承滚珠破裂是轴承夹渣导致,夹渣性质、来源不明,逻辑推理可能是前置气体过滤失效,管道焊接遗留金属削渣进入造成。
 
  6.2.2 一级止推轴承滚珠磨损、划痕。逻辑推理,划痕肯定是轴承夹渣所致,而在未失油条件下的磨损,是润滑油含尘量严重超标导致。
 
  6.2.3 轴瓦磨损。在保证供油充分足压的条件下,轴瓦磨损报废,夹渣因素存在,但从磨损痕迹判断,润滑油含尘量严重超标是重要因素。
 
  7、问题解决
 
  7.1 解决润滑油含尘超标问题
 
  润滑油中的有损轴承、轴瓦特定尘埃,无疑是来源于特定输入介质,而介质中的该尘埃滤除方法改进需要一个过程,快捷便利的解决方法是短周期更换润滑油。由于该机所使用的润滑油一直为原机供应商提供,润滑油标定使用寿命长、价格昂贵,润滑油里特定有害尘埃是机器长期运行积累的结果,这就造成了润滑油标定使用寿命尚未到期而润滑油含尘量积累到损害机器零部件至机器停机的程度,选用与机器工况要求匹配的经济型润滑油是一个待解决的课题。
 
  7.2 更换已经国产经济化的损坏零配件
 
  7.3 修正润滑油更换周期要求,由原1.3万小时更换周期,修正为5—7千小时更换周期。
 
  8、效果
 
  以上措施的采取,该机到目前,已稳定运行1万小时,各项运行参数正常;相对于更换国外进口该机零部件,修复周期缩短70天以上,节省费用60万元以上。
 
  9、小结
 
  9.1 系统配备有完善的各分系统保护装置,第一次机器事故,保护系统未起到应有保护作用,说明整机保护系统调试存在问题或缺陷。
 
  9.2 进口设备零部件国产化,对保障机器恢复的及时有效性及降低维修成本具有显著作用;
 
  9.3 严格执行设备使用标准不可忽视。润滑油含尘量严重超标,在一般设备中,不是十分严重的问题,但在该机器中,可导致轴承、轴瓦报废甚至导致整机崩溃性损坏。
 
  9.4 进口设备系统也存在具体工况适应性问题。比如本机,显然前置过滤系统滤尘容纳量太小、设备启动氮气预工作系统,没有设计特寒冷季节氮气预热功能,仅凭30余度的润滑油热量,在氮气充分量、零下近30度的循环条件下,不足于改变压缩机内温度,可能产生润滑油流动性变差甚至失油问题。
 
  9.5 我国制造水平日新月异进步,一般进口设备的零部件,完全可以国产化制造。国产化的零部件,在工况适应性、经济性、稳定耐久性方面,只要科学精算,严格工艺,完全可以媲美甚至超过进口原装产品。坚持科学论证,勇于尝试,国外设置的若干禁区,进入后也是康庄大道。
 
  作者介绍
  刘飞,大学文化、工程师,陕西延长中煤榆林能源化工有限公司聚烯烃中心专业主管、设备主任。
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