齊鳴宇，李迎麗，周忠凱

（中國昆侖工程有限公司，北京 100037）

0 引言

壓縮機(jī)組在各個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，特別是在流程工業(yè)，其是裝置的核心設(shè)備。壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接決定著裝置的安全運(yùn)行。生產(chǎn)過程中，壓縮機(jī)的異常波動(dòng)或停車對整套裝置甚至整個(gè)流程可造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。因此準(zhǔn)確迅速地判斷并及時(shí)處理故障，直接影響壓縮機(jī)的開工率和產(chǎn)品的質(zhì)量，詳細(xì)分析尼龍廠醇酮車間空氣壓縮機(jī)組振值異常波動(dòng)的故障案例，其是一起工藝介質(zhì)變化引起機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)并導(dǎo)致停車的典型案例。儀表原因、機(jī)械原因、潤滑原因、工藝原因均可造成壓縮機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)，工藝介質(zhì)變化引起機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)甚至停車是較難處理的一類問題，通過剖析機(jī)組故障產(chǎn)生的原因，解決了故障。

1 機(jī)組情況簡介

新醇酮裝置（U283）是某公司尼龍廠精己二酸技改工程項(xiàng)目中新建裝置。于2004 年11 月11 日建成投產(chǎn)。設(shè)計(jì)能力為52 500 t 醇 酮/年（按8000 h 計(jì)）。裝置劃分為氧化區(qū)（包括氧化反應(yīng)器和尾氣與環(huán)己烷換熱的熱交換器）、催化劑制備區(qū)、壓縮機(jī)區(qū)、塔罐區(qū)及公用區(qū)五個(gè)區(qū)域，由100#—氧化工段、200#—予濃縮-脫過氧化工段、300#—蒸餾工段、400#—尾氣處理工段、公用工段、900#—公用工程工段6 個(gè)工段組成。新醇酮裝置（U283）是以環(huán)己烷作原料，經(jīng)貧氧空氣氧化生產(chǎn)環(huán)己醇、環(huán)己酮混合物，是一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)裝置。

283C2102 為新醇酮裝置新鮮離心式空氣壓縮機(jī)組，如圖1 所示，工作轉(zhuǎn)速為14 684 r/min，是尼龍廠醇酮車間核心設(shè)備。屬于兩缸三段、十一級(jí)、高速、有中間氣體冷卻器的EZ 系列，由陜西鼓風(fēng)機(jī)有限公司制造。壓縮機(jī)由低壓缸、高壓缸、尾氣透平膨脹機(jī)、電動(dòng)機(jī)、齒輪箱和聯(lián)軸器組成，并配套有輔機(jī)，包括潤滑油站、高位油箱、冷卻器、分離器、消音器、閥門等。尾氣透平膨脹機(jī)為兩級(jí)軸流式透平，徑向進(jìn)氣，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向從電機(jī)端看為逆時(shí)針，葉輪懸掛在離心壓縮機(jī)的高壓缸的主軸上。低壓缸、高壓缸是耗功設(shè)備，電機(jī)和尾氣透平膨脹機(jī)為原動(dòng)機(jī)，共同驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的低壓缸和高壓缸。

軸端和級(jí)間密封均為迷宮密封。不銹鋼片制成的密封片嵌裝在旋轉(zhuǎn)件（主軸、輪盤及輪蓋）的槽內(nèi)，密封片與密封套間具有非常小的徑向間隙，從而使內(nèi)泄漏及外泄漏量最小。為避免高壓缸高壓氣體的外泄，在高壓缸進(jìn)、排氣兩端均設(shè)置有碳環(huán)密封。碳環(huán)密封設(shè)置在定子上，主要原理是通過微小的密封間隙實(shí)現(xiàn)氣體的密封。尾氣透平為懸臂結(jié)構(gòu)，為避免尾氣泄漏，在尾氣透平軸端設(shè)置有迷宮充氣密封。如果283C2102 出現(xiàn)故障停機(jī)，將導(dǎo)致100#反應(yīng)器空氣提供中斷，反應(yīng)器無法運(yùn)行，最終導(dǎo)致新醇酮裝置停車。

圖1 機(jī)組概貌

離心式空氣壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)包括3 個(gè)系統(tǒng)，分別是氣路、油路、水路系統(tǒng)。離心式空氣壓縮機(jī)工作時(shí)，空氣經(jīng)過過濾器被吸入，在流過葉輪時(shí)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪使氣體在離心力的作用下，一方面壓力有所提高，另一方面速度也極大增加，氣體的靜壓能和動(dòng)能大幅度提升。此后，氣體在流經(jīng)擴(kuò)壓器的通道時(shí)，流道截面逐漸增大，氣體的絕大部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，壓力進(jìn)一步提升。經(jīng)一級(jí)壓縮后的氣體溫度較高，進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻之后進(jìn)入二級(jí)壓縮系統(tǒng)，為避免系統(tǒng)中的氣體倒入壓縮腔內(nèi)，在壓縮機(jī)的排氣管道安裝有止回閥，壓縮機(jī)排出的氣體推開止回閥進(jìn)入排氣消聲器，然后進(jìn)入一級(jí)后冷器，二級(jí)后冷器，再進(jìn)入排氣主管道?？諝庵腥艉须s質(zhì)，將直接作用于葉輪上，對機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生影響。

2 機(jī)組故障現(xiàn)象

2018 年11 月開始機(jī)組高壓缸振動(dòng)出現(xiàn)間歇性無規(guī)律波動(dòng)，如圖2 所示，從振值趨勢圖中看到，PY2701X 測點(diǎn)振值從36.5 μm 最大波動(dòng)到76.74 μm，PY2701Y 測點(diǎn)振值從39.2 μm最大波動(dòng)到78.2 μm，PY2702X 測點(diǎn)振值從26.5 μm 最大波動(dòng)到74.8 μm，PY2702Y 測點(diǎn)振值從28.6 μm 最大波動(dòng)到107.61 μm，波動(dòng)最短時(shí)間間隔2.6 min，最長時(shí)間間隔4.36 h，2018 年12月27 日8 時(shí)37 分，高壓缸振值PY2701X/Y 和PY2702X/Y 異常波動(dòng)高報(bào)聯(lián)鎖停車如圖3 所示。期間，壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力、流量、進(jìn)排氣溫度、軸瓦溫度均在正常工藝范圍內(nèi)，工藝操作平穩(wěn)。

圖2 PY2701XY/PY2702XY 測點(diǎn)振值趨勢

圖3 PY2701XY/PY2702XY 測點(diǎn)振值趨勢

3 故障原因分析

離心壓縮機(jī)組，因?yàn)榇嬖诠に嚄l件、管線設(shè)計(jì)、安裝、環(huán)境差異等諸多差異，往往出現(xiàn)同類裝置同型機(jī)組同樣的振動(dòng)特征，但最終原因差別很大的情況，離心機(jī)組容易出現(xiàn)的故障主要包括：機(jī)組個(gè)別通道信號(hào)異常；轉(zhuǎn)子結(jié)垢結(jié)焦；滑動(dòng)軸承及其潤滑問題；壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)分離與喘振；對中問題等典型故障問題。針對不同的故障，可以通過監(jiān)測系統(tǒng)的特征現(xiàn)象來進(jìn)行判斷故障模式，并及時(shí)進(jìn)行處理。

轉(zhuǎn)子結(jié)垢在線監(jiān)測系統(tǒng)顯示特征：振動(dòng)趨勢非周期性波動(dòng)，趨勢波動(dòng)持續(xù)時(shí)間在數(shù)秒到幾十分鐘不等，振動(dòng)趨勢和相位同步變化且可基本復(fù)原。

圖4 波形頻譜和軸心軌跡

通過遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)對該機(jī)組的波形頻譜圖進(jìn)行分析，由圖4a）可見：機(jī)組振動(dòng)工頻占主導(dǎo)，高次諧波的分量較小，振動(dòng)增大時(shí)工頻占主變，時(shí)域波形為正弦波、軸心軌跡為較為標(biāo)準(zhǔn)的橢圓如圖4b）、4c）所示。分析機(jī)組轉(zhuǎn)子本體無故障，由于尾氣組分偏離設(shè)計(jì)工況，造成尾透入口過濾器骨架表面結(jié)焦、堵塞和濾網(wǎng)腐蝕，結(jié)焦物脫落后通過骨架孔洞沖擊尾透葉輪，造成機(jī)組高壓缸振動(dòng)出現(xiàn)間歇性無規(guī)律波動(dòng)直至停車。

建議檢查尾透入口過濾網(wǎng)，檢查機(jī)組高、低壓缸轉(zhuǎn)子，并進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)，檢查前置冷卻器E2102/E2103/E2106/E2104/E2105 管束，對氣水分離器S2109/S2110/S2111/S2116 進(jìn)行腐蝕檢查。建議工藝查找結(jié)焦原因。

4 現(xiàn)場檢修反饋

2019 年4 月29 日10 時(shí)30 分，機(jī)組尾透入口管線法蘭拆卸斷口，發(fā)現(xiàn)尾透過濾器嚴(yán)重堵塞，伴有輕微腐蝕如圖5 所示，濾網(wǎng)骨架外沒有包覆細(xì)網(wǎng)，尾透葉輪表面覆蓋油性物質(zhì)，對骨架外堆積物取樣分析，結(jié)果為97%有機(jī)物，結(jié)焦物脫落后通過骨架孔洞進(jìn)入尾透沖擊高速運(yùn)轉(zhuǎn)葉輪，致使振動(dòng)異常，超報(bào)警值聯(lián)鎖停機(jī)，尾透打開后，發(fā)現(xiàn)入口管線及尾透葉片結(jié)垢嚴(yán)重如圖6、圖7 所示，打開S2109/S2110/S2111 分離罐檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重，如圖8 所示。

5 整改措施

圖5 尾透濾網(wǎng)拆卸后，發(fā)現(xiàn)骨架外壁積垢嚴(yán)重

圖6 尾透打開后入口管線情況

圖7 尾透葉片結(jié)垢嚴(yán)重

圖8 09/S2110/S2111 分離罐內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重

①陜鼓重新設(shè)計(jì)尾透濾網(wǎng)，避免雜物進(jìn)入尾透腔；②高低壓缸轉(zhuǎn)子做高速動(dòng)平衡，保證動(dòng)平衡精度；③重新調(diào)整高、低壓缸徑向瓦間隙值，確保間隙在0.14～0.21 mm 標(biāo)準(zhǔn)值之間；④清洗前置冷卻器E2102/E2103/E2106/E2104/E2105 管束（尾氣換熱器E2104/E2105 管束堵塞比較嚴(yán)重，E2102/E2103/E2106 管束外壁淤泥較多），打壓試漏，確保換熱器換熱效果；⑤拆卸氣水分離器S2109/S2110/S2111/S2116 檢查腐蝕情況，S2110/S2111 腐蝕比較嚴(yán)重，S2109/S2110/S21113 臺(tái)分離罐更換備臺(tái)，S2116 因材料為白鋼，未發(fā)現(xiàn)腐蝕；⑥分析替代粗白油成分，與原始粗白油核實(shí)比對，可以考慮更換為原始粗白油；⑦嘗試降低透平入口進(jìn)氣溫度，降低碳化結(jié)焦的可能性。機(jī)組檢修后開車，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。