九洲普惠详析轴流风机流量异常成因

概述

　　在国民经济的许多领域中，特别是石油、化工、制冷、动力、采矿和冶金等工业中为了提高工艺气体的压力和输送气体而广泛使用压缩机。在各类压缩机中，轴流式压缩机具有效率高、流量大、重量轻、体积小等优点，故在大型石油炼制企业中，催化裂化单元再生器烧焦所需风量大而压力不高，大多选用轴流式压缩机。但轴流式压缩机也存在稳定工作范围较窄、对工质中的杂质敏感、叶片易受磨损等缺点，所以为了保证轴流式压缩机组安全可靠运行，要配置高精度的空气过滤器来满足机组对压缩气体的要求。

1、轴流风机的特性

　　(1)轴流风机入口空气的温度、湿度变化对流量的影响符合气体状态方程。实际生产中，其变化值也可参考机组喘振线的标定数据进行对比印证。

　　(2)由于轴流风机主要是依靠叶栅的扩压作用来提高气体压力，气流冲角对叶栅的性能非常敏感。在实际应用中，一般通过改变静叶栅角度(即通常所说的静叶角度)来改变气流冲角，从而使机组的风量发生变化来调节风量，达到在满足工艺要求的前提下降低动力消耗。

　　(3)轴流风机动静叶片的叶型决定了叶栅的级压比和效率，决定了风机的整机性能。目前轴流风机的动静叶片大多为三元流设计，整机效率较高。但由于精度较高，若外部干扰因素造成叶片损伤或者叶片结垢即叶型发生了改变，那么压缩机的压缩比和效率就会下降，叶片的结垢问题还会造成轴流风机的操作范围变窄，在极端情况下会影响到轴系的动平衡而造成停机事故。

2、风机流量异常现象分析

　　2013年1月～2月份长期持续雾霾天气，洛阳某公司1#催化裂化装置为再生器烧焦供风的静叶可调式轴流风机(工艺编号：3#主风机组)在静叶几乎全开的状态下风量日趋变小，且每天伴随着气温的变化，风量波动幅度超过正常值。为了防止机组喘振，不得不降低风机出口压力来控制机组的喘振余量，从而导致再生器的压力过低，烧焦效果变差，产品分布恶化，装置指标和经济效益下降。若机组工况进一步恶化，很可能造成装置大幅降量甚至紧急停工。

　　为了判断机组运行工况的变化趋势，对机组入口温度、流量、静叶开度和出口压力等主要参数从1月份至2月初的运行趋势进行了汇总分析，在入口温度0～10℃变化范围不大的情况下，1月19日前入口风量平均值大约为2450Nm3/min，2月初逐步下降至平均2350Nm3/min。1月19日前风机出口压力能够维持在0.23MPaG，随后即使不断开大静叶角度，风量没有上升反而下降，2月初逐步降至0.2～0.21MPaG。这说明和正常情况相比，开大静叶角度对风量的提高已经失效，在静叶角度保持接近全开的情况下，风量和出口压力均出现了大幅下降的现象。从整机性能来讲，风机的能力严重下滑。

　　在气温变化较快和静叶微调时，风量出现了突降突升的异常趋势。通过轴系的监测数据发现主风机的振动值也出现较小范围的波动，以出口振动值变化较明显。这说明外部因素已经严重干扰到风量的稳定。但风量的突降之后能够迅速恢复，就比较难以理解。若是动或(和)静叶片结垢造成叶片的叶型改变。则风量的突降之后迅速回升较容易理解，但结垢能否造成风量的幅度突降突升需要进行考证。

3、机组检修及主因确认

　　通过以上分析，虽然无法最终确认原因，但无论是静叶调节系统的问题还是叶片结垢的问题都需要停机检查和检修，因此在做好备用的1#主风机组试运工作后，于2013年5月14日将3#主风机组切至1#主风机组运行。随后，在3#主风机组无负荷的情况下对静叶调节机构进行调试，调试结果为能够在正常范围内动作，但存在动作滞后的现象。次日对3#主风机组进行解体检修。

3.1 机组解体检查情况

　　(1)入口导叶和一、二级静叶结垢较为严重，尤其是一级和二级静叶的迎风面结垢非常厚且表面凹凸不平，靠近机组里侧比外侧结垢严重。从流动特性来分析，由于机组外侧气流的圆周速度较高，故外侧结垢较薄;在静叶接近全开位置时，由于迎风面结垢较厚且表面凹凸不平，导致气流在叶弧处的正冲角度不一致，导致气流旋涡的产生，流动方向较为发散，形成二次流，造成风机能量损失加大，效率下降和风量的剧烈变化。由于存在多级动静叶片，故存在叠加放大的作用，但以端部基元级即第一级最为严重。因此，从叶片的原始叶型和目前的叶型对比来说，原始的动静叶片均为三元流设计，叶片呈现较为完美的流线型弧线。而叶片结垢后叶片的弧线将不在是光滑的圆弧过渡或者说不是流线型。当气流冲角发生变化并且在叶弧处的冲角不一致时气流的流动方向发生了较大改变，表现出风量的剧烈变化。

　　(2)一级动叶受力面的结垢比叶背弧结垢严重，受力面的叶根结垢严重，叶顶则基本没有结垢，同样说明了因机组外侧即叶顶的线速度较高，故越靠近叶根则结垢越严重。同时由于受力面存在较大的正压力，高速行进中的黏性物质黏结在在叶片的受力面上，而叶背弧正压力要小得多而仅是在正冲着气流的叶片边缘上附着。由于动叶片与气流之间的相对速度要比静叶片与气流之间的相对速度大，故静叶片要比动叶片结垢严重得多。

　　(3)静叶片的转轴处也存在积灰或结垢现象。考虑到3#主风机组从1989年投用至今，静叶片转轴处的石墨轴承一直没有更换过，因此将转轴和石墨轴承解体，发现石墨轴承存在磨损导致转轴和石墨轴承之间存在缝隙，超过允许值，从而为灰尘和水汽的侵入创造了条件。随着湿灰尘长时间的沉积导致静叶活动不灵敏。

　　通过以上检查情况和分析判断，可以确定：导致风量异常波动、压缩机压比下降、效率降低的主要原因是动静叶片结垢。

3.2 结垢物质化验分析情况

　　对结垢物质进行取样，在化验分析时考虑到周边环境大气中可能产生的污染源和化验分析的方法，以确认有机物和无机物的比例为目标进行化验。化验结果显示，结垢物质中90%以上的成分能够燃烧，残留的灰分小于10%。因此，根据企业生产性质和周边环境推断：结垢物质中存在微小的焦粉、煤粉、重质油气等有机物，同时存在少量无机物粉尘。

4、结语

　　为了避免出现同类事故，应从检修质量、入口过滤器维护和环境治理等方面做好防范措施：

　　(1)机组检修时应尽可能将机组入口管道、机组内部构件清洗干净，确保动静叶片上没有污垢。

　　(2)检修时确保各运行机构动作灵敏到位，同时尽可能提高动静叶片本身的光洁度，降低固体颗粒附着的机率。

　　(3)空气入口过滤器的过滤精度要适中并提高过滤效率，减少固体颗粒的携带量。当遇到雾霾天气时，应及时更换过滤器滤芯，不得牺牲过滤效果来提高风量。

　　(4)加强周围环境污染的治理工作，减少大气中颗粒物的含量。