聚丙烯裝置循環(huán)氣壓縮機振值波動分析

魏志剛　胡顯馳　姜林　龍丹　于彤　宋艷會

摘 要：描述了聚丙烯裝置循環(huán)氣壓縮機振值波動的頻譜特征，并對振值波動的原因進行了分析，制定了針對性的檢修措施，將壓縮機振值波動的問題消除。

關(guān) 鍵 詞：振值波動；動不平衡；頻譜分析

中圖分類號：TQ 325 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）07-1430-03

Analysis on the Vibration Value Fluctuation of Recycle

Gas Compressor in Polypropylene Unit

WEI Zhi-gang， HU Xian-chi， JIANG Lin， LONG Dan， YU Tong， SONG Yan-hui

（PetroChina Fushun Petrochemical Company，Liaoning Fushun113008，China）

Abstract： The spectrum features of the vibration value fluctuation of recycle gas compressor in polypropylene unit were described. And the cause of the vibration value fluctuation was analyzed； the corresponding repair measure was carried out to eliminate the problem of vibration value fluctuation of the compressor.

Key words： Vibration value fluctuation；Scanning electron microscopy；Spectrum analysis

某化工廠聚丙烯裝置采用的是美國陶氏化學公司（The Dow Chemical CoMPany）Unipol聚丙烯工藝，以丙烯為主要原料，生產(chǎn)能力以7 000 h/a的操作時間進行計算，年產(chǎn)30萬t聚丙烯本色粒狀樹脂產(chǎn)品。

該裝置的反應系統(tǒng)由第一反應器（C-4001）、第一循環(huán)冷卻器（E-4002）、第一循環(huán)氣壓縮機組成（K-4003）。氣相反應物（丙烯、氫氣、乙烯）及惰性組分通過循環(huán)氣壓縮機，經(jīng)含有催化劑的反應器流化床層連續(xù)循環(huán)。聚合反應產(chǎn)生的熱量通過反應氣帶走，并在外部的水冷式循環(huán)氣冷卻器中釋放掉（見圖1）。

其中的循環(huán)氣壓縮機在2017年2月10開始出現(xiàn)振值波動，后來經(jīng)過分析、拆檢冷卻器將問題消除。

1 壓縮機基本概況

循環(huán)氣壓縮機是單級、恒速、離心式壓縮機，位號是K-4003，日本神戶制鋼所制造，型號為DH9M。額定流量32 700 m3/h，進口壓力3.47 MPa，出口壓力3.58 MPa，工作轉(zhuǎn)速987 r/min，額定功率1550 kW。

該機組自2010年10月20日運入現(xiàn)場，2012年9月20日完成試運轉(zhuǎn)，2012年10月31日投入正式使用。該壓縮機循環(huán)氣通過入口導葉調(diào)節(jié)流量，采用二級串聯(lián)干氣密封，強制潤滑，并有高位油罐和潤滑油緩沖罐等應急潤滑保護裝置。聚丙烯循環(huán)氣壓縮自帶一個應急透平裝置，可在斷電或緊急停車的情況下啟動，達到保護反應和壓縮機的作用。

2 壓縮機振值波動特征分析

自2月10日起機組振值（非聯(lián)軸端）出現(xiàn)波動，增大入口導葉開度時，機組振值波動有惡化趨勢；2月28日起機組振值波動出現(xiàn)頻繁跡象，3月3日機組振值波動更加頻繁，3月5日波動極其頻繁，且狀態(tài)監(jiān)測顯示最大值達到72.43 μm（報警60 μm，聯(lián)鎖80 μm）。

根據(jù)機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)顯示（見下圖2、圖3），機組的振值波動主要是在工頻下產(chǎn)生，隨著振值波動的持續(xù)，后期出現(xiàn)工頻夾雜1.7倍頻現(xiàn)象；機組的軸心軌跡為反進動。按照狀態(tài)監(jiān)測頻譜分析，機組出現(xiàn)振值波動的原因是轉(zhuǎn)子在運行中的動平衡遭到破壞，且隨著時間推移，出現(xiàn)了不對中跡象（1.7倍頻與2倍頻接近）[1-4]；軸心軌跡反進動，說明機組轉(zhuǎn)子存在動、靜碰磨現(xiàn)象，動、靜部件碰磨時，轉(zhuǎn)子受到一個沖擊力，沖擊力產(chǎn)生的扭矩與轉(zhuǎn)子的運動方向相反[5]；沒有0.5倍頻，說明沒有喘振和油膜振蕩，若存在喘振或油膜振蕩，轉(zhuǎn)子振值波動的主頻率應該在0.5倍頻附近。

但從機組的整體運行狀態(tài)看，最初的振動存在可自愈性，可以判定的是：機組本身沒有機械故障。

3 循環(huán)氣系統(tǒng)檢修措施

根據(jù)機組的頻譜分析，我們初步懷疑引起工頻下振值波動的原因主要：①轉(zhuǎn)子葉輪或入口導葉有結(jié)膠樹脂，破壞了轉(zhuǎn)子運行中的動平衡；②循環(huán)氣管路不暢，氣流中存在渦動，破壞了轉(zhuǎn)子運行中的動平衡。

經(jīng)過最終研究，為了保證生產(chǎn)平衡，最終決定的處理方案是：對機組重新找正；先檢查壓縮機入口導葉和入口管路上的格柵板；若入口無問題，再檢查出口換熱器；管路系統(tǒng)若無問題，再對機組進行拆檢。

3.1 檢查入口系統(tǒng)

3月7日22：10分打開了機組入口短節(jié)，以檢查入口導葉和入口管路上的格柵板。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)入口導葉和格柵板都沒有大量樹脂結(jié)膠，也沒有塊狀樹脂；通過內(nèi)窺鏡檢查，轉(zhuǎn)子葉輪也沒有明顯的結(jié)交樹脂。見圖4、圖5。

3.2 機組重新找正

經(jīng)過測量，壓縮機與電機對中超差嚴重，垂直方向達到1.68 mm（標準值要求不大于0.33 mm），說明為期將近1個月的振值波動確實導致機組出現(xiàn)了不對中現(xiàn)象，也就是1.7倍頻產(chǎn)生的原因。對機組進行重新找正，使機組與電機對中在標準范圍內(nèi)，見圖6。

3.3 清理出口換熱器

3月8日上午9：30左右，打開了出口換熱器E-4002，發(fā)現(xiàn)換熱器管束堵膠嚴重，見圖7。換熱器堵塞的主要原因應該是在循環(huán)水或循環(huán)氣的溫度、壓力操作控制上有波動，或者說某一次開、停工過程中循環(huán)氣中的粉料出現(xiàn)了聚合，隨著時間的推移，聚合物越來越多。

3.4 機組開機投運

清理完換熱器以后，裝置就進入投料開工階段， 3月12日22：55分機組投入運行，投運至今機組運行良好，振值一直在13 μm左右，振值波動現(xiàn)象消除；但軸心軌跡仍然是反進動，說明迷宮密封處存在結(jié)膠樹脂，仍然存在動、靜碰磨現(xiàn)象，由于生產(chǎn)時間要求，只能待6月份大檢修時處理。目前機組的運行狀態(tài)監(jiān)測見圖8、圖9。

4 壓縮機振值波動原因分析

4.1 直接原因

根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測頻譜分析與實際拆檢，壓縮機出現(xiàn)振值波動的直接原因是：轉(zhuǎn)子系在運行中的動平衡遭到破壞。

4.2 間接原因

換熱器堵塞，流通面積變小，當流量增大，氣體不能全部通過，葉輪出口壓力增大，換熱器與壓縮機之間的管道形成儲壓空間，當其壓力增大到M接近或等于1時，葉輪不再做功，氣體倒流。

5 經(jīng)驗與教訓

（1）本次可以準確判斷出機組振值波動的原因是轉(zhuǎn)子系動平衡遭到破壞，也準確判斷了機組無機械故障，但并沒有排查出可能導致轉(zhuǎn)子系動平衡破壞的所有因素。

（2）由于最初不能確定換熱器E-4002的壓差表PDI_4002_2是否準確（當時該數(shù)值出現(xiàn)報警，但現(xiàn)場表增加了伴熱以后數(shù)據(jù)顯示正常），所以，最初不能確定換熱器是否堵膠，也沒有意識到該換熱器竟然堵膠如此嚴重。

（3）鑒于上面第2條原因，以及生產(chǎn)工藝安排的停工時間緊迫，本次小修采取了排除法，先拆檢了壓縮機入口短節(jié)，在一定程度上耽誤了聚丙烯裝置本次小修的時間。

（4）今后要加強機組特護，充分綜合工藝、設(shè)備、儀表各專業(yè)的分析，不遺漏任何可能導致機組異常的因素。

（5）今年檢修期間對該壓縮機拆檢大修，清理迷宮密封，消除動、靜碰磨。

（6）建議工藝專業(yè)認真分析換熱器E-4002堵膠的原因。

6 結(jié)束語

本次判斷出了機組振值波動的原因是轉(zhuǎn)子系動平衡遭到破壞，也判斷出了機組無機械故障，但在查找管路系統(tǒng)上費了一些周折，但通過清理壓縮機出口換熱器將振值波動問題消除；下一步檢修期間對該壓縮機拆檢大修，清理迷宮密封，消除動、靜碰磨。本次振值波動問題的處理，為今后的設(shè)備運行積累了寶貴經(jīng)驗。

參考文獻：

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[5]施俊俠，王大成，黃斌.離心壓縮機的振動故障分析[J].風機技術(shù)，2003，6：47-49.