彭楠

摘 要：本文介紹了大唐多倫煤化工有限責(zé)任公司三套二氧化碳壓縮機(jī)組自初始試車至實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行期間，發(fā)生的各類異常振動的原因分析及對策。

關(guān)鍵詞：煤化工;二氧化碳壓縮機(jī);振動。

引言

三套二氧化碳壓縮機(jī)組，其任務(wù)是將經(jīng)過魯奇低溫甲醇洗裝置脫除的二氧化碳?xì)怏w（12℃、9KPa、14×104Nm3）經(jīng)一段加壓至5.46MPa送至殼牌煤氣化裝置穩(wěn)態(tài)氮?dú)?二氧化碳總管供裝置各路吹掃用氣，二段加壓至8.13MPa供殼牌煤氣化裝置煤粉鎖斗下料、煤粉給料倉穩(wěn)壓及作為煤粉管線的煤粉輸送載氣使用。透平為背壓式，額定轉(zhuǎn)速6000rpm，進(jìn)口蒸汽壓力3.8MPA，出口蒸汽壓力0.9MPA。壓縮機(jī)為整體齒輪式，入口流量89244kg/h。

1、 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析簡介

振動是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見故障，對機(jī)組安全運(yùn)行危害較大。振動同時也是設(shè)備的“體溫計(jì)”，直接反映了設(shè)備安全運(yùn)行狀況。振動是一個動態(tài)變量，為完全描述一個振動信號，必須同時知道幅值、頻率和相位這三個參數(shù)，稱振動分析三要素。振動分析離不開轉(zhuǎn)速，常使用與轉(zhuǎn)動頻率相等的頻率，又稱為工（基）頻。采用信號分析理論中的快速傅立葉變換可以快速、方便地求出復(fù)雜振動信號中所含頻率分量的幅值和相位。該過程稱為頻譜分析。通過頻譜分析可知：其一，不同故障所對應(yīng)的頻率不同。例如：轉(zhuǎn)子不平衡的故障頻率為工頻，氣流激振和油膜振蕩等故障的頻率為低頻，電磁激振等故障的頻率為高頻等。頻率特征是故障判斷的必要條件。某種故障必然具備相應(yīng)的頻率特征。因此，根據(jù)頻譜分析結(jié)果可以對故障性質(zhì)作一個初步、定性判斷。其二，多種故障的頻率特征具有很強(qiáng)的相似性，頻率特征并不是故障判斷的充分條件。例如，熱變形、不平衡、共振、剛度不足、摩擦等故障的特征頻率都是工頻，僅根據(jù)頻率特征無法將故障原因進(jìn)一步定量細(xì)化。為了能確診故障原因，振動分析必須結(jié)合過程參數(shù)和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行，突出相似故障之間的微小差別。

2、 二氧化碳壓縮機(jī)透平異常振動原因分析及對策

2.1? 暖機(jī)和保溫對振動的影響

原因分析：透平由冷態(tài)第一次低速暖機(jī)過程中，由于因檢修工作結(jié)束后，局部保溫恢復(fù)的不完善，缸體各部位溫升不均勻，既使靠近測溫點(diǎn)的上下缸體溫度達(dá)到允許升速的條件，但實(shí)際缸體整體未暖透，局部溫度仍未達(dá)到，在升速過程中，透平前后軸的振動極易飄高。

對策：加強(qiáng)保溫工程管理，具體包括核對保溫設(shè)計(jì)說明中對保溫材料的選擇、保溫結(jié)構(gòu)型式及保溫層厚度要求;對保溫材料的檢查，包括保溫材料出廠的合格證書、化驗(yàn)報告、物理性能試驗(yàn)記錄等;對透平保溫施工進(jìn)行全程監(jiān)督，確保嚴(yán)格按照該機(jī)組保溫設(shè)計(jì)所規(guī)定的要求進(jìn)行，重點(diǎn)對各儀表測點(diǎn)、接線、閥門等的安全防護(hù)措施進(jìn)行檢查;加強(qiáng)保溫施工的驗(yàn)收工作。對于冷態(tài)第一次啟機(jī)，適當(dāng)延長暖機(jī)時間。

2.2? 軸封系統(tǒng)對振動的影響

原因分析：二氧化碳壓縮機(jī)透平兩側(cè)軸封外側(cè)泄漏蒸汽經(jīng)由軸封抽氣器抽引至軸封冷凝器冷凝后，設(shè)計(jì)為直排（0.88噸/小時）。由于該凝液為優(yōu)質(zhì)冷凝液，故需回收，增加常壓冷凝液罐及冷凝液泵，用以將該股凝液并入公司低壓蒸汽冷凝液管網(wǎng)。在使用過程中，由于偶發(fā)的冷凝液泵故障，冷凝液打不出去，導(dǎo)致凝液積滿回收罐進(jìn)而冒頂。此時，因?yàn)樵O(shè)備安裝高度的原因（類似U型管原理），導(dǎo)致軸封凝液管線排放不暢，阻力增大進(jìn)而凝液由透平轉(zhuǎn)子兩側(cè)泄漏而出，導(dǎo)致透平轉(zhuǎn)子局部溫度變化，引發(fā)透平前后軸振動飄高。

對策：將冷凝液罐溢流口接管直排，在冷凝液泵發(fā)生故障時，冷凝液罐液位漲至最高允許液位之前，即行排出，不會導(dǎo)致軸封凝液排放不暢。

2.3? 頻繁開停車對振動的影響

原因分析：初始試車期間，上下游裝置的工況波動或開停車經(jīng)常導(dǎo)致機(jī)組頻繁跳車或停車。并且該機(jī)組入口壓力跳車聯(lián)鎖值范圍較窄（小于1KPa或大于25KPa）。三臺機(jī)組其中一臺跳車，該跳車機(jī)組迅速卸載，兩段防喘振閥立即打開，兩段出口的高壓CO2瞬間返回至壓縮機(jī)入口，由于三臺機(jī)組的入口管線是總管制，這直接導(dǎo)致了另外兩臺機(jī)組入口壓力高高聯(lián)鎖跳車。這更增加了該機(jī)組跳車的次數(shù)。隨后在一次啟動1#機(jī)組過程中，一升速至額定轉(zhuǎn)速，透平后軸振動即高高跳車，連續(xù)三次皆然，拆檢軸承，發(fā)現(xiàn)后軸瓦巴氏合金疲勞碎裂。

對策：隨著各裝置試車階段逐步過渡到穩(wěn)定運(yùn)行階段，非計(jì)劃停車及跳車次數(shù)漸少，二氧化碳壓縮機(jī)組開停車次數(shù)亦相應(yīng)漸少。另外，對于入口壓力導(dǎo)致的跳車，一則通過在每臺機(jī)組入口總管上各加裝一臺放空閥，即可保證一臺機(jī)組跳車后，放空閥聯(lián)鎖打開，泄放多余壓力;二則聯(lián)鎖增加跳車信號觸發(fā)跳車機(jī)組入口閥門關(guān)閉，隔斷高壓氣體進(jìn)入總管，最大程度保障了運(yùn)行機(jī)組入口壓力的穩(wěn)定。

2.4? 轉(zhuǎn)子不平衡對振動的影響

原因分析：3#機(jī)組試車期間透平前軸異常振動，轉(zhuǎn)子存在一定程度的不平衡。

對策：經(jīng)透平廠家調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡塊后，情況改善明顯。

2.5? 潤滑系統(tǒng)對振動的影響

原因分析：機(jī)組正常運(yùn)行過程中透平前軸異常振動，定期油品分析發(fā)現(xiàn)，潤滑油中水分超標(biāo)，判斷冷油器出現(xiàn)內(nèi)漏，在停車時冷卻水漏進(jìn)油系統(tǒng)。

對策：潤滑油系統(tǒng)接裝濾油器在線濾油，前軸異常振動逐步平復(fù)。

2.6? 蒸汽系統(tǒng)對振動的影響

原因分析：蒸汽管網(wǎng)8.7MPA減壓至3.8MPA的減壓閥故障，導(dǎo)致入口蒸汽溫度最高漲至460℃（設(shè)計(jì)溫度410℃），透平前軸高高跳車。

對策：減壓閥更換定位器，定期維護(hù)。

3、 二氧化碳壓縮機(jī)異常振動原因分析及對策

3.1? 轉(zhuǎn)子不平衡對振動的影響

原因分析：機(jī)組在背壓較低的工況下，五級振動在啟動過程中易飄高：壓縮機(jī)為整體齒輪式，五、六級背靠背共同一根軸，該軸既小且輕，但轉(zhuǎn)速最高，為32465rpm;轉(zhuǎn)子重心與回轉(zhuǎn)中心不重合時，高轉(zhuǎn)速下，既使數(shù)值很小的質(zhì)量偏心也會被放大，易導(dǎo)致振動飄高。

對策：緩慢提高背壓后，軸會被壓住，振動情況明顯改善;在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，不做停留，盡快提高出口背壓。

3.2? 壓縮機(jī)負(fù)荷變動對振動的影響

原因分析：殼牌煤氣化裝置煤粉鎖斗順控下料過程中，煤粉鎖斗定時充壓，試車初期，充壓閥門自動跟蹤鎖斗的壓力而逐步開大，達(dá)到設(shè)定壓力后逐漸收小開度，并且一套氣化裝置設(shè)置雙系列煤粉下料系統(tǒng)，兩個系列之間還會出現(xiàn)重疊用氣充壓的情況。即機(jī)組出口用氣量總不穩(wěn)定，也就是壓縮機(jī)的負(fù)荷不穩(wěn)定。這就造成，對應(yīng)的機(jī)組振動情況也不穩(wěn)定，不時出現(xiàn)振動隨壓縮機(jī)負(fù)荷正相關(guān)變動的情況。

對策：對氣化裝置煤粉鎖斗充壓閥門在充壓時限定最大閥門開度;同時避免雙系列下料系統(tǒng)重疊用氣，采取上述措施后機(jī)組負(fù)荷較之前期顯著改善。

結(jié)語：

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵等，是石油化工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。振動是影響這些設(shè)備安全運(yùn)行的重要因素。綜上所述，雖然我公司三套二氧化碳壓縮機(jī)組從試車到長周期穩(wěn)定運(yùn)行歷盡坎坷，卻從未出現(xiàn)過嚴(yán)重的設(shè)備振動故障。而我們需要的，仍然是將各種細(xì)致工作做到位，比方說找出各種偏離設(shè)計(jì)指標(biāo)的因素，逐一進(jìn)行分析解決，這才是裝置機(jī)組長周期穩(wěn)定運(yùn)行的必要手段。

參考文獻(xiàn)：

[1] 錢錫俊，陳弘.泵與壓縮機(jī)

[2] 楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析與工程應(yīng)用

[3] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)-汽輪機(jī)保溫技術(shù)條件

[4] 大唐多倫煤化工有限責(zé)任公司氣化裝置操作規(guī)程