过滤器应用中的故障分析

一、概述

离心压缩机机械密封的供气系统、轴承供油系统、往复式柱塞泵轴瓦及轴承的供油系统以及转动设备流体进口的拦截装置等，都需要装设过滤器。过滤器种类繁多，有纤维体的，也有金属网的。根据设备对润滑介质要求的不同，过滤器分为精滤器和粗滤器两种。

精滤器一般应用在设备摩擦副所需的气体或液体润滑剂中，要求的过滤精度高，且设备往往高速、高压、重载，一旦不慎，引起的后果严重；粗滤器一般应用在泵等转动设备的流体进口管道中，起拦污、拦杂作用，保护设备本体不受大的杂物干扰。

应该说，过滤器是一种辅助装置，在实际应用中，根据设备对流体介质的精度，选定网目，根据现场压差表的情况决定是否更换滤芯，运行中的安全是有保障的。

但是精滤器滤芯一般是由石棉纤维缠附在钢板卷制的加强网上，具有很强的方向性，如果流体从反向导入，会将石棉等纤维吹到摩擦副里面，引起摩擦副的破坏；粗滤器为了阻滞杂质，并将杂质沉淀，也设计有方向性，一旦方向装反，会引起流体不规则断流，设备本身及后续主体设备润滑可能受到影响。

正是因为过滤器的这种方向性，才出现了现实中的安装错误。重庆建峰化肥有限公司过滤器的应用相当普遍，开车以来，过滤器或多或少出现过一些问题，但从安装的角度出现问题有两起，一是二氧化碳压缩机高压缸密封气的过滤器故障，二是尿素合成塔供料小氨泵曲轴箱循环油的过滤器故障。

本文从这两起故障的现象人手，具体分析产生问题的原因，通过对两起典型故障的分析，提高在大型装置过滤器等设备维护方面的能力。

二、尿素装置运行中的两次典型故障

1、二氧化碳压缩机高压缸密封系统故障

二氧化碳压缩机是意大利新比隆制造的离心压缩机，蒸汽轮机驱动，四段两缸，一、二段组成低压缸，由蒸汽轮机直接驱动，设计转速8400r/nfin；三、四段组成高压缸，动力由低压缸转子通过齿轮增速箱传给高压缸转子，设计转速12300r/min；进口气体压力0.2MPa，出口气体压力17.6MPa，来自合成界区脱碳系统的CO2经该压缩机送尿素合成塔合成尿素。

低压缸为横向半剖结构，型号2MCL527，轴端密封为三级梳齿迷宫密封。高压缸为纵向封头端盖结构，型号2BCL306/A，轴端密封采用梳齿密封与John Crane 28AT机械密封组合。三段轴封用两级迷宫密封加1套机械密封，四段轴封用三级迷宫密封加1套机械密封。

迷宫密封与机械密封之问通人密封气，密封气是高压缸四段出口经孔板减压后的CO2气体，该气体经过滤器过滤，提供28 AT机械密封正常运行所必须的压力和流量。工艺流程见图1。

此流程的关键在于保证28AT机械密封形成气体动压润滑，形成动压润滑除了摩擦副的特殊结构及一定的转速外，流体的流量、压力、含水量、杂质等也是影响机械密封正常运行的重要因素。

28AT机械密封的特点是动环表面有l2条锲形浅槽，在一定转速下，密封气进入浅槽形成自泵作用，将机械密封动静环推开，形成一层3m的气膜，保护动静环不受接触磨损。一旦气膜不能形成或被破坏，在高速转动下动静环的接触摩擦会瞬间产生大量的热量，使动静环热裂破坏。

装置建成投产以来，二氧化碳压缩机高压缸总体运行良好。但在1995年后陆续出现了一种怪现象，在开车特别是系统跳车后重新开车时机械密封容易损坏。具体表现为机组转速升到6800r/min，密封气改投CO2不久，或转速达到正常负荷转速后不久，转子振动剧烈增大，密封气放空管冒烟，排放增多。

解体检查发现，机封静环已遭粉碎性破裂，同时在密封腔内发现有过滤器滤芯的石棉纤维，更换机封和密封气重新吹扫后，开车正常。

2、三柱塞卧式往复泵曲轴箱油冷系统故障

三柱塞卧式往复泵是2002年实施的l台技改设备，为了解决装置负荷增加引起高压氨泵振动增大而提出的，由上海大隆机器厂生产。设计上曲轴箱的油冷系统，包括1台Y型过滤器，1台齿轮油泵，1台冷却器和2台（运行中切换使用）纤维过滤器，流程见图2。

由于运行时曲轴箱曲轴与轴瓦的摩擦，循环油中会含有少量铁屑，同时循环油路也可能给油带来锈渣并产生因连接松动等原因意外带来的螺栓、垫片等杂物，引起齿轮泵的损坏。所以油冷系统中设计了2种过滤器，金属网状的Y型粗滤器和非金属的纤维精滤器。Y型过滤器设计在齿轮泵的前端，清除油中的大颗粒杂质，保护齿轮泵；精滤器设计在曲轴箱回油口，进一步清除油内杂质，满足曲轴箱曲轴与轴瓦磨合要求。

该泵竣工验收后，断断续续运行了一段时间，油冷系统没有出现过大问题。但在2003年6～7月连续运行中，油冷系统却出现了不正常现象，间断出现管道的大幅振动，同时伴有油路的异常声音，油压表显示大幅波动。这种状况一般持续十几分钟，不到1h又重复出现。通过压力表等处排气也不能解决问题，给该泵的稳定运行埋下了一个危险的隐患。

三、故障原因分析

1、二氧化碳压缩机高压缸密封系统的分析

针对开车时高压缸接二连三出现机械密封损坏，密封腔内出现石棉纤维，重点对过滤器进行研究。在研究过滤器的图纸时，发现过滤器进出口安装方向与设计安装方向相反，见图3、图4。

安装的过滤器，流体是从滤芯内部流向外部。而过滤器设计要求流体从滤芯的外部流向内部。设计的这种要求与滤芯的结构吻合，该滤芯是用石棉绳分层缠绕在内部的网孔钢筒上制作的，外表面并没有罩滤布。如果流体从滤芯内部流向外部，容易吹松石棉绳，引起石棉脱落，积存在过滤器底部。系统停车后紧急开车时，如果不打开导淋排放或排放不彻底，在投用CO₂密封气时，积存的石棉纤维就会通过过滤器出口随着密封气进入高压缸机械密封，破坏机械密封动静环之间自泵作用建立起来的气膜，引起机械密封的损坏。分析印证了解体后密封腔内遗留的石棉纤维的存在。同时对密封过滤器进行换位改造，机械密封在开车时未出现故障。

当然，引起机械密封损坏的因素还有很多，如密封气含水量较大，机械密封本身存在的质量问题，转子轴向安装串量大等，但从一段时间连续出现相同的事故现象看，过滤器安装的问题应该是最主要的。

2、油路故障分析

对于卧式往复高压氨泵曲轴箱油冷系统出现的问题，从许多方面进行研究、分析，包括可能的管路接头串气、换热器流体共振、泵体汽蚀等，仍然没有解决问题。由于前面有二氧化碳压缩机密封过滤器的安装问题，对油路精滤器的安装方向进行检查，没有发现错误。于是决定检查Y型过滤器，结果发现Y型过滤器与常用的Y型过滤器安装方向相反。查设计图，Y型过滤器的安装方向与常用的Y型过滤器安装方向相反，说明在设计油冷系统时，出现了Y型过滤器流程方向的设计问题，在安装时又没有得到及时纠正。结果在运行中，由于Y型过滤器内的钢丝网滤芯不稳定或堵塞使油路发生断流，引起管道振动和异音。同时现场的Y型过滤器安装在比较隐蔽的位置，不便于维护人员巡检和诊断，使得该高压氨泵带病运行了一段时间。把Y型过滤器重新换位安装，油路系统的异常问题立刻得以解决，消除了往复柱塞泵的一大隐患。

四、小结

通过对上述两系统故障的处理，说明系统中一旦出现问题，不但要进行认真的现场分析，而且要从设计原理上进行分析，找出系统设备间存在的因果关系。就二氧化碳压缩机高压缸密封系统出现的问题看，如果不对过滤器安装图纸和设计图纸进行认真分析，解决密封系统存在的问题还需要更长的时间，对企业造成的损失将更大。