化工、石化生产中的压缩机事故原因分析及防护

压缩机是化工、石化生产必不可少的动力设备。从能量的观点来看，压缩机是属于将原动机的动力能转变为气体压力能的机器。随着科学技术的发展，压力能的应用日益广泛，使得压缩机在国民经济建设的许多部门中成为必不可少的关键设备之一。压缩机在运转过程中，难免会出现一些故障，甚至事故。今天，我们重点介绍压缩机中的机械事故。

机械事故

典型的压缩机机械事故有活塞杆断裂、气缸开裂、气缸和气缸盖破裂、曲轴断裂、连杆断裂和变形、连杆螺栓断裂、活塞卡住与开裂、机身断裂和烧瓦以及离心式压缩机叶片断裂、离心式压缩机机组振动等。压缩机零部件的损坏同样可酿成破坏性事故，有时还会毁坏整个压缩机站、厂房和建筑物，甚至造成人员伤亡。(90%的从业者都关注了'压缩机网'微信公众平台)

事故原因及预防措施：

1.离心式压缩机转子磨损与损坏

在引进的大型化肥、乙烯生产装置和国内的大型炼油厂中，离心式压缩机已是生产中的关键设备。它不仅在动力消耗和投资上占的比例很大，而且设备的故障对正常生产的威胁也较大。这里重点介绍离心式压缩机、风机转子与静止元件磨损、损坏甚至轴断裂事故的主要原因与预防措施。

主要原因如下。

• 因设计、装配、操作等原因致使转子在气缸内的轴向位置不正确，转子对中不好引起转子轴向窜动超差或产生较大的振动。

• 因高压缸内缸与外缸套高压侧的O形环和背环被冲掉，高压气体窜人低压缸，使轴向推力大大增加，引起止推轴承磨损或烧坏，使转子轴向窜动，轴向位移失去控制。

• 缸内级间气封及叶轮口环气封的密封齿空腔内存在很多油污或催化物质（如触媒粉），级间气封严重损坏，气封齿在圆周方向成锯齿状，因气封间隙增大，级间泄漏量随之增大，造成轴向力大大超过设计值而使止推轴承烧坏。

• 因转子的热膨胀、机组倒转或操作时塔回流量加大，致使各级压力上升而造成转子瞬时窜动或轴向位移。

• 泵联轴节橡胶块被切断，致使离心式压缩机流量突然下降，吸人温度超高，引起转子与止推轴承损坏。

• 因轴承质量低劣，发现问题未及时停车，致使前轴承盖、轴、叶轮、密封圈等受到不同程度的损坏。

• 因转子强烈振动，致使转子与密封部位接触而造成磨损。

• 在变工况运行中，产生旋涡、旋转失速等不稳定气流或发生喘振，致使转子运行不稳定而发生磨损、损坏。

• 转子有裂纹等制造缺陷，抗扭能力降低，致使转子在运行中断裂。

• 气体中的某些成分与存在的催化物在一定温度下形成固体或沉淀，致使中间级迷宫密封和平衡活塞的间隙堵塞，引起末端推力不能平衡，推力轴承、轴严重磨损或损坏。

• 管路堵塞或压缩机内吸入异物，致使转子等部件磨损。

• 探头间隙和接近器输出电压不成线性关系，接近器劣化失效，致使误动作，产生较大的轴向位移。

• 转子各密封部位的间隙安装不良及部件松动。

预防措施：

• 合理设计、安装，正确操作。为实现准确的对中，应保证基础尺寸合适，具有足够的强度；底板刚性好、砂浆材料适宜，并在良好条件下灌浆；管子应很好地固定并具有足够的挠性；挠性联轴器应采用过渡配合安装；正确确定对中允差。

• 检查、修复级间密封，并使用轴向位移仪监控轴的轴向位移，以防止高推力负荷发生。

• 采取必要的防气蚀、腐蚀措施。

• 严格按照操作规程运行。

• 发生吸人温度稍稍超过设计指标时，如果压缩机转速还有潜力，可适当提高转速以避免喘振发生。

• 确保轴承质量，发现问题及时修复或更换。

• 及时停机检查振动的原因并予以排除。

• 在变工况运行时，注意操作时必须遵循“升压时先升速，降速时先降压”的原则，防止转速过低，出口压力升得过高。通过控制仪表调节喘振循环阀。

• 保证转子制造质量，运行前必须认真检查，发现问题不可投入运行，应立即修复、更换。

• 在压缩机吸人口处采用高效袋滤器，在每一中间冷却器管束部分设置分离器，除去油污和催化物。

• 彻底进行系统检查，除去管路和压缩机内的异物、铁锈。

• 对轴向位移仪等安全保护装置要定期检查，确保其测试精度与可靠性。

• 安装时，确保密封元件的间隙，紧固松动部件，加设防松部件。

2.离心式压缩机、风机叶片断裂

叶轮是离心式压缩机、风机惟一做功的心脏部件，而高转速、大流量、高压力比、大功率和变工况等苛刻工作条件对叶轮的设计、制造技术、加工精度及维护提出了更高的要求。一旦发生叶轮损坏、叶片断裂甚至解体破坏事故，不仅损坏转子，而且随转速增加将引起剧烈的振动，使其无法操作，严重威胁压缩机、风机连续、安全稳定运行，将造成巨大的经济损失。

离心式压缩机叶轮多采用焊接和铆接的结构形式。叶轮损坏多发生在离心力最大的叶轮外缘和应力较高的轮盖进口侧以及铆钉的松动或断裂部位，也有的叶轮前盘连同叶片从与后盘焊接处发生断裂。通过大量事故分析表明，叶轮破裂的断面无明显的塑性变形，几乎全部是宏观脆断。因此，叶轮破坏大部分属于应力腐蚀，其次是疲劳腐蚀。

应力腐蚀是指叶轮材料在受到应力和腐蚀的双重作用下产生应力腐蚀裂纹而导致的脆性断裂。应力腐蚀裂纹一是由于局部腐蚀引起的，二是在腐蚀环境中，材料因腐蚀反应生成氢气从而产生裂纹并扩展，后一种属于氢脆断裂。

疲劳腐蚀是指叶轮在处于振动的状态下，受到交变应力和叶轮与轴的复合振动应力的双重作用，在其薄弱部位产生局部变形，以致超过材料的疲劳极限而产生裂纹。随叶轮的连续不断地振动，裂纹逐渐扩展，最后导致叶轮疲劳断裂。

通过大量的事故统计分析可知，设计制造缺陷、安装和检验不合理、气体与酸泥腐蚀、转子动不平衡引起的共振以及频繁地在喘振区运行等，是导致离心式压缩机、风机叶片断裂的主要原因。

事故原因与预防措施：

（1）设计制造缺陷。

叶轮结构设计不合理，叶轮材料中存在若非金属夹杂物，使其机械性能降低，特别是在仅有几个毫米厚的轮盖边缘上含有夹杂物，使叶轮产生局部应力集中源，从而大大降低疲劳强度；制造缺陷是指焊缝本身和热影响区缺陷以及叶轮加工表面粗糙，如叶片与轮盖之间没有全焊、未焊透、存在气孔、咬边等，若非金属夹杂物刚好在此区域，就更加剧了裂纹的产生和扩展；叶轮与轮盖焊接后使轮盖热影响区内组织发生变化，该区的强度、硬度相对原组织降低，若非金属夹杂物正好处在变化前后组织的交界处，就进一步促使应力集中源的形成，进而促使应力腐蚀裂纹产生，以致发生叶片断裂。

预防措施：

1发生上述故障时，应立即停车，组织有关人员对损坏部件进行检查与事故分析；改进叶型设计，避开共振，改变传统离心式压缩机、风机叶轮设计方法，一可采用安全寿命设计，即在有效寿命期间，叶轮不得产生裂纹，二也可采用可靠性设计，即在叶轮存在缺陷或有损伤的条件下，应用断裂力学理论预测出断裂寿命，采取有效的预防措施；选用耐腐蚀、高强度的叶轮材料，确保叶轮加工质量，采用高形状精度和高表面粗糙度加工；在叶轮轮盘外缘两叶片之间部位可磨削圆弧；采用超声波无损探伤，从各个方向对焊缝和热影响区进行严格检查，及时发现焊缝和材质内部缺陷；叶片与轮盖之间应全部焊透，焊后必须进行消除内应力处理；消除过大的振动源，调整共振频率，使叶轮振动控制在允许范围内；修复后的转子应严格进行动平衡、无损探伤和超透试验。

（2）气体与酸泥腐蚀。

石油化工用离心压缩机输送的介质大多具有较强的腐蚀性，例如CO2、NH3、CO和H2，它们在一定条件下生成氨基甲酸铵（NH2COOONH4）等，即使是空气压缩机、风机，由于空气和工业烟气中含有SO3、SO3等酸性气体，湿度大时将形成亚硫酸、硫酸，它们对叶轮都有不同程度的腐蚀作用。裸露的叶片长期受气体和酸泥的腐蚀，在没有进行定期检查或段间冷却器、分离器液面指示失真、报警失灵情况下，使下一段人口气体带有酸性，在焊接叶片的焊接缩孔、气孔处形成腐蚀坑，同时伴有部分氢渗现象，易形成疲劳源，致使叶片在受到高应力和腐蚀时发生脆性断裂。

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