透平膨胀机六种常见故障的处理

透平膨胀机六种常见故障的处理

蔡春郎 周举仁

唐山市利康制药厂，河北唐山市古冶区林西河西里西，063103

【摘要】结合实际事例，详细分析了透平膨胀机失控超速、转速表指示偏高或偏低、共振、转速突然升高、制动风机喘振及带液等六种常见故障的原因及处理方法。
% G3 N7 M) r& F1 z( A此故障的具体表现为：当制动风机的出口调节阀全开时，透平膨胀机就能达到额定转速，或者超过额定转速而制动风机无法进行转速控制的故障。此故障，除由转速检测系统发生故障引起外，大多是由制动风机进口过滤器或出口消声器阻力过大，或由于风机进口管道或出口管道设计的通径过小所致。
" x2 Q$ `$ W* b$ D5 P( R透平膨胀机失控超速，如果是因过滤器 或消声器的阻力过大引起，那么只要减少这 两部分的阻力，就能消除。如果是因管道通 径设计过小引起，那么扩大通径以减小阻力、增大流量就能消除故障。
' W6 Z% O' Y, [# t1988年，延安氮肥厂第二套1000m3／h 空分设备试车时，就出现过这种故障。检查 发现：制动风机进口过滤器是由6层200目的铜丝网组成，且过滤网被灰尘严重堵塞。经 过清洗并把原来的6层过滤网改为2层后， 膨胀机才运转正常。
4 N6 p% c9 g9 X- B1994年，江苏省淮阴钢厂1000m3／h空分设备试车时，又出现过膨胀机超速失去控制的故障。检查发现：制动风机出口消声器阻力过大，出风筒的孔数量少，孔径也小。孔径扩大后，转速恢复正常。
7 u! q# X5 o/ w) A* e3 ~) T如何判断此类故障是发生在进口管道、 进口过滤器，还是发生在排出管道、消声器? 可通过制动风机出口压力表的指示值进行分 析和判断。如果出口压力表指示值不高或为零，而转速超速，那么故障产生的部位在进 口管道或进口过滤器。如果出口压力表指示 偏高，那么故障产生的部位在出口管道，或 出口消声器。
二、转速表指示偏高或偏低
2 F) o; p0 B4 P) H2 w当膨胀机启动后，如发现转速表指示值与实际转速不符，且有较大差异，那么故障产生的原因一般是转速检测系统发生了故障。
) R% U0 d! ?2 L+ B# J; {5 O如果径向轴承和止推轴承温度比同样转 速的轴承温度要高，喷嘴后压力也比同样转 速的压力偏高；膨胀机发出的声音，比同样 转速的膨胀机要大。那么转速表所指示的膨胀机转速可能比实际转速偏低。反之，则膨 胀机的指示转速比实际转速可能偏高。
当怀疑膨胀机转速与实际转速有差异 时，应检查并校验转速表与转速检测系统。
1996年，河北省遵化钢厂 第二套1000m3／h空分设备试车时，2#膨胀机机前调节阀开度很小而转速表就已指示到2000 r／ min。与正在运转着的l#膨胀机进行比较，两 台膨胀机的转速指示都相同(2000r／min)，但l#膨胀机轴承温度比2#膨胀机轴承温度 高出十几度；喷嘴后压力也比2“膨胀机高出 0．03～0．04MPa。l#膨胀机制动风机的声音也比2#高得多。 当时我们判断：2#膨胀机转速指示可能 偏高，即2#的实际转速达不到2000r／rain。通过对转速表再次校验，没有发现问题。后 来检查测速头，发现测速头与转速表不配套。 调换了一只测速头后指示正常。
2 ?2 a3 E9 i/ u- A, z( d& |( o三、透平膨胀机的共振(共鸣)现象
" t/ q; L1 K5 V5 f& L; A透平膨胀机的共振(共鸣)现象，一般 发生在制动风机的进口过滤器安装在膨胀机 冷箱上的这种结构中。发生这种故障时，膨胀机发出一种较大的异常响声，当改变膨胀 机转速时这种异常响声有可能消失。应当指 出，膨胀机产生共振(共鸣)时，对膨胀机 有较大的破坏性，应当引起足够的重视。
6 z$ D6 Z6 `- v9 l3 X. o: G1996年，河北省遵化钢厂第二套1000m3／h空分设备试车时发现：膨胀机的转速升 到27000r／min时，膨胀机就产生一种异常的响声。经过多次认真检查，均未发现膨胀 机有什么异常。当时我们认为这是一种共振 (共鸣)现象。后来我们把膨胀机的转速提高 到30000r／min、35000r／min，由于膨胀机的振动频率与冷箱体的固有频率相差较远，共 振共鸣现象就消失了。
5 _: r7 A& ~" q0 r( F! O; W8 g8 T: F经过多次实践，笔者深有体会：
! _3 W! m: h4 x! g1 I1．膨胀机产生大的异声，是由于膨胀机 与冷箱产生共振(共鸣)现象。
2. 产生共振现象后，可能对膨胀机有较 严重的破坏作用。
3．膨胀机产生共振(共鸣)现象，纯属一 种物理现象，在设计时应尽量使制动风机的 进口过滤器与膨胀机冷箱分离，从根本上解 决共振产生的原因；或者安装时，加固管道支架，改变固有频率使其不发生共振故障。
四、膨胀机运转时，发生突然的转速升 高、甚至报警和停车故障
这种故障应与转速表受干扰而产生的假 超速报警和停车现象加以区别，这是一种真 正的突然转速升高超速的故障。
真超速和假超速的区别在于，真超速时， 膨胀机发出的声音突然增大；而假超速时，膨 胀机发出的声音无变化。
" Z6 e! |5 T+ R! `( m这种故障一般发生在制动风机共用一个 排出管和一个调节阀的管路中。这种流程启 动时，先全开两台膨胀机进气调节阀(或喷 嘴)，然后再开共用的制动风机出口调节阀，使两台膨胀机达到额定转速。因两台膨胀机 在制造、安装等方面有差异，所以两台膨胀 机的转速也有所不同。制动风机的出口压力 不同时，则很有可能发生两台风机出口止回阀中的一只瞬时关闭与打开的现象。
0 }3 d5 E9 z" R" V例如，当2#膨胀机转速高于l#，2#出口 压力就可能高于1#出口压力，那么l#风机出口止回阀必然瞬时关闭。在关闭的那一瞬 间，l#风机转速突然升高，出口压力也突然 升高，又很快打开止回阀，使出口压力降低， 转速也降低，这样在转速表上就产生了一个象转速表被干扰一样的波峰。当止回阀动作 不灵活或卡住时，波峰就更大。
要从根本上排除这一故障，最好在设计 时，用两个出口调节阀分别控制两台膨胀机， 即把制动风机出口管分开。

五、膨胀机制动风机的喘振故障
$ i2 j1 [/ ~/ e9 R透平膨胀机与透平空压机一样，也会发 生喘振故障。在喘振时，同样会严重破坏膨 胀机，应引起重视。
6 @, u7 ^2 T) C. [# O当制动风机出口压力升高时，制动风机 的流量减少，当流量减小到一定程度时，便 发生膨胀机制动风机喘振现象。一般制动风 机出口压力高于0．035～0．04MPa时，膨胀机制动风机易发生喘振。当发生喘振时，风 机排出压力表会强烈振动(表针)，同时膨胀 机发出大而沉闷的响声。
/ K+ O# r9 B. D+ B当膨胀机产生喘振时，应迅速开大制动 风机的出口调节阀，降低风机出口压力，增 加风机流量，直至喘振消失。
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六、膨胀机带液故障
4 i# ^7 P! Y2 m' w3 I5 ~) s. z大型全低压空分设备启动阶段，尤其是 在积液阶段，易发生板式过冷、膨胀机带液 的故障。膨胀机带液故障破坏性很大。怎样判断和防止膨胀机带液?
- S2 n" t$ l' F' B$ l1. 膨胀机带液的现象
当进口温度低于-155～-160℃时，易发生膨胀机带液故障。若高于-155℃时，膨 胀机一般不会带液。当膨胀机出口温度低于-188～-190℃时易发生膨胀机带液的故障。高于-188℃时，膨胀机一般不会带液。当膨胀机带液时，膨胀机出口压力表针会严 重振动，蜗壳吹除阀和出口吹除阀都能排出 液体。
6 ~) @' a6 J1 z2 f6 ~% n2．膨胀机带液故障处理
膨胀机带液后，应迅速降低膨胀机转速， 或停止膨胀机运行，并打开蜗壳吹除阀和出 口吹除阀，排清液体。同时设法提高膨胀机 进口温度。
3．膨胀机带液原因及预防措施
膨胀机带液故障主要发生在空分设备启 动阶段，尤其是积液阶段。其主要原因是冷 量分配不合理，使板式冷端过冷，膨胀机进 口温度控制得过低。所以，空分设备启动阶段，除了考虑迅速通过水分冻结区、二氧化 碳冻结区和板式自清除等主要方面外，冷量 分配问题也是不容忽视的。
+ P+ i+ N, q) C- o6 \# h" D5 I在启动的第一阶段(通过水分冻结区)和 第三阶段(通过二氧化碳冻结区)，应缩短切 换时间来保证板式自清除，尽量少抽或不抽 环流和全环流，把冷量最大限度地分配到板式冷端，争取在最短时间内通过两个冻结区。
, O5 D6 Y3 t( T: b5 Q/ z3 ]在启动的第二阶段(冷却设备阶段)，要 充分利用膨胀机高温高焓降的特点，在二氧 化碳未析出前，尽量将设备冷却到最低温度， 开大环流和全环流，适当延长切换时间，以确保板式的自清除。开大环流和全环流的目 的，一是保证板式自清除，二是将比较多的 冷量分配到板式中去，使板式中部温度尽可 能降到最低温度，为迅速通过二氧化碳冻结区打好基础。
启动的第四阶段(进一步冷却设备阶 段)，在保证板式自清除的前提下，最好不开 全环流，减少环流，把冷量有意识地分配到 塔内其它设备。这样，使板式中部的温度较高，防止积液时出现板式过冷和膨胀机带液。 积液阶段，在保证上塔不超压的前提下，开 大膨胀空气送上塔的蝶阀(或截止阀)，利用 上塔、过冷器、液化器等回收冷量，就可避免冷量过分地分配到板式上，也就从根本上 解决了膨胀机带液问题。
) N; M9 \( o5 A; h: M以上六点透平膨胀机常见故障的原因及 处理方法，是笔者多年实践的经验总结，不 足之处请予斧正。  

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