ОПЫТ «НПАО ВНИИКОМПРЕССОРМАШ» ПО РЕМОНТУ РОТОРОВ КОМПРЕССОРОВ ПРОИЗВОДСТВА АММИАКА СЕВЕРОДОНЕЦКОГО ГПП «АЗОТ»

В течение последнего десятилетия практически полностью прекратились закупки компрессорного оборудования за рубежом. Производственная деятельность химических предприятий поддерживалась исключительно за счет ремонта и модернизации компрессоров. ВНИИкомпрессормаш, обладая мощной научной и технической базой, освоил ремонт и изготовление роторов центробежных компрессоров на основе прогрессивных технологий: вакуумной пайки рабочих колес, гальванических покрытий твердым никелем, электроэрозионным нанесением износостойких покрытий и др. Во ВНИИкомпрессормаше выполнялись восстановление или капитальный ремонт роторов компрессоров практически всех мировых производителей. В течение последних десяти лет ОАО ВНИИкомпрессормаш» полностью обеспечивает потребность СГПП «Объединение Азот» в реконструкции, модернизации, изготовлении и различных видах ремонта роторов центробежных компрессоров различного применения. Ниже рассмотрены конкретные примеры выполненных работ применительно к роторам компрессоров производства аммиака:

В данной статье рассматриваются случаи аварий компрессоров. Рассмотрены лишь случаи образования дефектов роторов, возникающих при длительной эксплуатации и обнаружены при планово предупредительных ремонтах.

В СГПП «Объединение Азот» имеются две линии производства аммиака исходной производительностью 1360 т/сутки. Одна из них (производство «А») в 1991г. модернизирована компанией «ТЭК» (Япония) с доведением номинальной производительности до 1700 т/сутки аммиака. Это производство оснащено центробежными компрессорами фирмы «Мицубиси» (Япония). На рис. 1 проиллюстрировано изменение характеристик компрессора низкого давления азото-водородной смеси (модель 463 В) после модернизации со смещением точки номинального режима и границы помпажа в сторону больших производительностей. Необходимо отметить, что повышение производительности (на 25%) путем вкладывания новой проточной части в прежние корпуса является форсированием машины, вызывает увеличение удельных нагрузок на конструкцию и, в конечном счете, снижает их ресурс.

В силу известных обстоятельств производство не всегда было обеспечено в требуемой мере сырьем – природным газом. Оборудование работало с недогрузом, достигавшем 35-40%. Это приводило к смещению рабочей точки влево и компрессор длительное время работал в предпомпажных режимах. В нижней части рисунка 1 приведен характер пульсаций газа на выходе из компрессора в номинальном (справа) и предпомпажном (слева) режимах работы компрессора. Во втором случае преобладают колебания низкой частоты с большой амплитудой. Такие пульсации давления вызывают большие знакопеременные нагрузки, в частности на наружных поверхностях межлопаточных отсеков дисков, приводя к появлению и развитию усталостных трещин. При несвоевременном обнаружении дефекта может произойти вырыв фрагмента диска по форме близкого к кругу, что влечет резкое увеличение вибрации и требует аварийного останова.

На рисунке 2,а показаны схемы двух отремонтированных роторов: первый из них был поставлен компанией «ТЕК», а второй был закуплен позже. Первый ротор проработал 2 года 8 месяцев, а второй – три года. Выход из строя роторов произошел по одной и той же причине – усталостное разрушение дисков 9-й ступени (рис. 2,б). при дефектации второго ротора было установлено наличие усталостных трещин и на диске 8-й ступени. Основные замененные при ремонте детали показаны на рисунке 2,а темным цветом. При ремонте роторов были заменены все втулки, которые были сняты с вала, включая и втулки с износостойким покрытием под плавающими кольцами концевых масляных уплотнений.

Поскольку причина разрушения колес – недостаточная динамическая прочность, при изготовлении новых колес были использованы два конструктивных приема: «орамашивание» колес с целью уменьшения площади неподкрепленной зоны межлопаточных отсеков дисков и выполнение увеличенных галтелей на периферии лопаток с некоторым увеличением наружных диаметров дисков (рисунок 3а, б). Первый капитально отремонтированный ротор был установлен в 1997 году и находится в эксплуатации до сих пор, уже в два раза превысив ресурс импортных роторов (рисунок 3в). Общий вид отремонтированного второго ротора с замененными рабочими колесами 8-й 9-й ступени приведен на фото рис.4.

К числу усталостных проявлений может быть отнесено возникновение трещины в диске рабочего колеса 2-й ступени ротора КВД компрессора М 103J (модель 272 ВR, «Мицубиси», Япония), показанное на рисунке 4. Колесо было заменено на новое. Однако, в этом, как и во многих других подобных случаях, не могут быть даны твердые гарантии на ресурс ротора. Надежных методов определения остаточного ресурса деталей, подвергающимся переменным статическим и динамическим нагрузкам, не существует. Особое опасение вызывают детали, которые многократно снимаются и насаживаются на вал с нагревом при ремонтах ротора, в первую очередь рабочие колеса. На основании опыта можно рекомендовать только двукратное их использование.

В заключение необходимо отметить, что опыт ВНИИкомпрессормаша по ремонту роторов, расследованию причин аварии роторов свидетельствует о том, что длительный период эксплуатации компрессоров без реновации, с использованием многократно ремонтированного оборудования, привел к выработке их ресурса, и достижению рубежа морального и физического старения. Эксплуатация такого оборудования сопровождается постоянным увеличением затрат на ремонт компрессоров. В ряде случаев целесообразнее произвести капзатраты на обновление компрессорного оборудования в целом или, по крайней мере, его основных узлов и деталей.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004