富氣壓縮機(jī)故障分析與處理

劉春旺 侯振宇

（中石化股份公司天津分公司，天津 300271）

某石化公司230萬(wàn)t/a延遲焦化裝置富氣壓縮機(jī)為2MCL607型離心式壓縮機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)采用3.5MPa蒸汽背壓式透平驅(qū)動(dòng)，其壓縮介質(zhì)為裝置內(nèi)焦化富氣和來(lái)自裝置外的五股氣體的混合氣體。壓縮機(jī)工藝參數(shù)為：入口壓力0.04MPa，入口溫度40℃，出口壓力1.3MPa，出口溫度130℃，額定流量39 699m3/h，額定轉(zhuǎn)速8 093r/min，軸功率4 485kW。驅(qū)動(dòng)機(jī)型號(hào)為：NG32/25，輸出功率4 824kW，額定流量40t/h，出口壓力0.5MPa。該機(jī)組是煉油裝置的關(guān)鍵設(shè)備。

一、振動(dòng)原因分析

1.機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)原因分析

該機(jī)組于2012年8月下旬進(jìn)行大修，同年10月6日機(jī)組投入運(yùn)行，運(yùn)行2天左右，富氣壓縮機(jī)突然發(fā)出異響并持續(xù)不斷，查看在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄，異常現(xiàn)象發(fā)生時(shí)壓縮機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值大幅增大，由平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的13μm最大增大到52μm，已經(jīng)達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警值50μm。圖1為機(jī)組振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置簡(jiǎn)圖，從振動(dòng)趨勢(shì)圖圖2所示，振動(dòng)幅值增大主要由1倍頻增大造成，如圖3所示，此過(guò)程汽輪機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值基本未變，如圖4所示，這一現(xiàn)象表明，機(jī)組主要振動(dòng)源不在汽輪機(jī)上而在壓縮機(jī)上。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)組殼體進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，壓縮機(jī)兩端軸承位置振動(dòng)明顯大于汽輪機(jī)兩端，從機(jī)組測(cè)點(diǎn)頻譜圖上看，主要頻率成分為轉(zhuǎn)頻及其倍頻成分，還含有少量低頻，但幅值均較小，對(duì)機(jī)組所有地腳螺栓及軸承座進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，基礎(chǔ)支撐剛度未發(fā)現(xiàn)異常。

圖1 機(jī)組振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置簡(jiǎn)圖

圖2 壓縮機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)振動(dòng)趨勢(shì)圖

圖3 壓縮機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)1倍頻振動(dòng)趨勢(shì)圖

圖4 汽輪機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)振動(dòng)趨勢(shì)圖

結(jié)合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的振動(dòng)趨勢(shì)，頻譜波形（圖5）、軸心軌跡等特征譜圖信息及故障發(fā)生時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的表象特征，初步認(rèn)為壓縮機(jī)振動(dòng)幅值突然增大故障為工頻類故障，即轉(zhuǎn)子突發(fā)性動(dòng)不平衡故障，產(chǎn)生的原因可能為轉(zhuǎn)子上零部件脫落，葉輪流道有異物附著、卡塞或壓縮介質(zhì)帶液，使得機(jī)組振動(dòng)值突然增大后穩(wěn)定在一定水平上。該機(jī)組轉(zhuǎn)子大修期間進(jìn)行過(guò)高速動(dòng)平衡，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)本身動(dòng)不平衡故障基本可以排除，懷疑可能由于壓縮介質(zhì)本身組成發(fā)生了變化，進(jìn)入到壓縮機(jī)入口由于過(guò)程中的冷卻和過(guò)濾器的聚集作用而產(chǎn)生凝液，使壓縮機(jī)壓縮介質(zhì)帶液，造成機(jī)組轉(zhuǎn)子損傷，動(dòng)平衡被破壞。富氣壓縮機(jī)壓縮的主要介質(zhì)是由分餾塔頂出來(lái)的富氣，當(dāng)分餾塔操作不當(dāng)或者分餾塔頂油氣分離器液位過(guò)高時(shí)，富氣中就會(huì)夾帶著凝縮油。

2.機(jī)組輔助系統(tǒng)振動(dòng)原因分析

在壓縮機(jī)振動(dòng)波動(dòng)過(guò)程中，該機(jī)組級(jí)間分液罐罐體振動(dòng)加大，并出現(xiàn)間歇性尖鳴聲，對(duì)壓縮機(jī)級(jí)間分液罐進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，級(jí)間分液罐示意圖如圖6所示，級(jí)間分液罐水平方向和分液罐排出管彎頭處振動(dòng)值較大，速度均方根值達(dá)2.51mm/s，且現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)噪聲，從各測(cè)點(diǎn)的頻譜圖上看，主要頻率成分為機(jī)組的激發(fā)頻率118Hz及其倍頻，在2X、3X頻率附近伴有差頻為12Hz的邊帶，懷疑級(jí)間分液罐進(jìn)氣介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化，對(duì)分液罐內(nèi)部構(gòu)件受到較大的沖擊，內(nèi)部格柵板可能變形或開焊。

圖5 壓縮機(jī)高壓端測(cè)點(diǎn)波形頻譜圖

圖6 壓縮機(jī)級(jí)間分液罐示意圖

3.工藝變化情況分析

查看機(jī)組DCS記錄數(shù)據(jù)，2012年8月8日11：15分左右引入外來(lái)高壓原料氣，壓力在0.4MPa左右，13：00時(shí)，高壓原料氣壓力突然升高到0.87MPa，然后壓力又迅速下降。從時(shí)間點(diǎn)上看，正是由于這股高壓原料氣的壓力波動(dòng)導(dǎo)致異響的發(fā)出。外來(lái)高壓原料氣進(jìn)裝置的流程是經(jīng)過(guò)裝置邊界手閥后直接進(jìn)入壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器，然后進(jìn)入級(jí)間分液罐，再通過(guò)壓縮機(jī)二段入口進(jìn)入壓縮機(jī)。

結(jié)合機(jī)組工藝條件變化綜合分析得出該機(jī)組及段間分液罐振動(dòng)噪聲異常的原因是由于進(jìn)入壓縮機(jī)段間的高壓原料氣壓力驟升造成級(jí)間分液罐內(nèi)部構(gòu)件格柵板變形或開焊，格柵板在氣流的作用下不停振動(dòng)，從而引起罐體的振動(dòng)并引發(fā)噪聲。壓縮機(jī)振動(dòng)升高的原因是由于段間分液罐分離質(zhì)量下降，分液罐液面過(guò)高，進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體將分液罐中的凝液帶入，造成機(jī)組轉(zhuǎn)子損傷，動(dòng)平衡被破壞，振動(dòng)幅值突然變大。

二、機(jī)組解體情況

2012年10月18日在壓縮機(jī)大蓋掀開后發(fā)現(xiàn)，在二段處有很多粘油，甚至出現(xiàn)了結(jié)焦現(xiàn)象，而級(jí)間分液罐中發(fā)現(xiàn)有一塊格柵板變形。從機(jī)組解體情況來(lái)看，驗(yàn)證了故障分析的準(zhǔn)確性。

三、機(jī)組檢修對(duì)策

將壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子返廠維修，并進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)，平衡精度滿足G1.0等級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)壓縮機(jī)機(jī)體內(nèi)部進(jìn)行清理。對(duì)中間分液罐格柵板開焊部位進(jìn)行補(bǔ)焊，重新校核液位計(jì)標(biāo)度，并清理罐體內(nèi)部。

從2012年10月17日停機(jī)開始，用了3天時(shí)間修理完成并順利開車，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值均降至正常水平，裝置生產(chǎn)恢復(fù)正常。

[1]楊國(guó)安.機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù)[M].中國(guó)石化出版社，2010.