二氧化碳壓縮機高壓缸軸振動高改造運行總結(jié)

毛自君,呂啟鵬,俞吉祥

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司, 青海格爾木 816099)

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司年產(chǎn)300 kt合成氨裝置,以天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔的富產(chǎn)尾氣為原料，采用低溫脫硫、加氫轉(zhuǎn)化、中低溫變換和甲烷化、脫碳、變壓吸附制氫、壓縮、氨合成的工藝生產(chǎn)方法，其中從脫碳工序脫出的二氧化碳氣體經(jīng)二氧化碳壓縮機壓縮后送至尿素裝置。二氧化碳壓縮機汽輪機選用杭州汽輪機股份公司提供的凝氣式汽輪機，型號為NK32/36/32，進汽為中壓過熱蒸汽，正常壓力為3.45 MPa(絕壓)，溫度為410 ℃，流量為41 t/h，離心式壓縮機型號為2M-3/4+2B-4/2。

1 高壓缸軸振動高的經(jīng)過

2014年9月二氧化碳壓縮機從開車到正常運行，其高壓缸非驅(qū)動端振動VT5204A、VT5204B，報警值為50 μm，跳車值為65 μm，在空負荷運行時VT5204A、VT5204B值在20 μm左右。給尿素送氣加負荷時，在壓縮機出口壓力從10.0 MPa升至14.5 MPa的過程中，VT5204A、VT5204B值從20 μm左右緩慢升至45 μm左右，此種情況下機組能夠穩(wěn)定運行。運行3個月后，由于空分等上游裝置故障造成二氧化碳壓縮機緊急停車，再次開車時，當壓縮機達到最低連續(xù)轉(zhuǎn)速時，VT5204A、VT5204B突然升到跳車值以上發(fā)生跳車，經(jīng)檢修未發(fā)現(xiàn)軸瓦、密封及其他部件損壞，機組重新找正，做動平衡，所有參數(shù)均在技術(shù)指標范圍內(nèi)。再開車，當壓縮機達到最低連續(xù)轉(zhuǎn)速時，VT5204A、VT5204B還是會突然升至跳車值以上發(fā)生跳車。對高壓缸進行返廠檢修，檢修后運行1～2個月，VT5204A、VT5204B值仍會升至跳車值以上。多次返廠檢修后，振動值依然高，尿素裝置頻繁停車。

2 高壓缸軸振動高的原因分析

引起軸振動高的原因較多，主要有機組找正精度被破壞、不對中，油膜振蕩，油變質(zhì)或不潔凈，軸瓦不正常，氣流激振及轉(zhuǎn)子不平衡等。

2.1 機組找正精度被破壞、不對中

不對中引起的振動高與轉(zhuǎn)子的負荷有關(guān)，振動值隨負荷的增大而增大，位置低的軸承軸振幅比位置高的大，因為低位軸承被架空，油膜穩(wěn)定性下降。平行不對中主要引起徑向振動，角不對中主要引起軸向振動，不對中也可能使聯(lián)軸器兩側(cè)產(chǎn)生相位差。從機組開停車、加減負荷，平時正常運行時振動頻率方面分析，除高壓缸非驅(qū)端VT5204A、VT5204B有波動外，其余軸系各振動值均無波動，所以排除機組找正精度被破壞、不對中是引起軸振動高的原因。

2.2 油膜振蕩

油膜振蕩是高速滑動軸承的一種特有故障，它是由油膜力產(chǎn)生的自激振動，轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩時輸入的能量很大，引起轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)零部件的損壞，甚至整個機組的毀壞。油膜振蕩往往瞬時振幅突然升高，很快發(fā)生局部油膜破裂，引起軸頸與軸瓦間的摩擦，發(fā)聲很大，嚴重時損壞軸承和轉(zhuǎn)子。但以往因軸振動高停車，開蓋檢修時，其軸承及轉(zhuǎn)子等零部件均完好無損，所以可以排除油膜振蕩是引起軸振動高的原因。

2.3 油變質(zhì)或不潔凈

如果油中有污垢、機械雜質(zhì)或油已變質(zhì)，可能對密封、軸承造成腐蝕或磨損，使表面光滑度降低，從而使振動加大[1]。但是對油品進行取樣分析，結(jié)果表明其機械雜質(zhì)、灰分、水分酸值、黏度均在正常指標范圍內(nèi)。排除油變質(zhì)或不潔凈是引起軸振動高的原因。

2.4 軸瓦不正常

如軸瓦設計不合理，制造質(zhì)量不達標，軸瓦面損壞，軸頸拉毛，裝配間隙不合格，間隙過大或過小，軸承過盈量偏大或偏小，這些都會造成機組振動高，但每次檢修時均選用合格的軸瓦，并將軸瓦的裝配間隙，軸承體的過盈量數(shù)據(jù)均控制在指標范圍內(nèi)。所以軸瓦不正?？梢耘懦?。

2.5 氣流激振

氣流激振主要是因葉片受不均衡的氣體流沖擊發(fā)生氣流激振，對于大型機組，由于末級葉輪較大，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂，也可能發(fā)生氣流激振現(xiàn)象，發(fā)生激振時振動的增大受運行參數(shù)的影響非常明顯[2]。然而二氧化碳壓縮機四段出口氣體在密封齒處形成漩渦，產(chǎn)生氣流激振，從而造成軸振動高。

2.6 轉(zhuǎn)子的不平衡

離心式壓縮機的轉(zhuǎn)子由于受到材質(zhì)和加工裝配技術(shù)等方面的影響，轉(zhuǎn)子上的質(zhì)量分布對軸心線呈不均勻分布，或認為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心之間總是有偏心距存在。因此，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時將產(chǎn)生周期性的離心力或(和)離心力矩，這種交變的離心力或離心力距在軸上產(chǎn)生動載荷，即引起壓縮機的振動。轉(zhuǎn)子不平衡的主要原因有設計問題、材料缺陷、加工與裝配的誤差、動平衡的方法有誤等。經(jīng)過多方面的排查及總結(jié)，對二氧化碳壓縮機高壓缸轉(zhuǎn)子進行不平衡響應分析，發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不滿足AP1617標準的相關(guān)要求。不平衡響應分析曲線圖[3]見圖1～圖4。

圖1 工況一不平衡響應曲線圖(最大間隙)

圖2 工況一不平衡響應曲線圖(最小間隙)

圖3 工況二不平衡響應曲線圖(最大間隙)

圖4 工況二不平衡響應曲線圖(最小間隙)

分析轉(zhuǎn)子不平衡響應曲線圖：工作轉(zhuǎn)速為14 890 r/min,轉(zhuǎn)速范圍為11 167～15 729 r/min。從圖1可以看出，當轉(zhuǎn)速在7 667 r/min時，其相位達到最高，當在臨界轉(zhuǎn)速9 302 r/min時，其振幅達到最大，在該過程中軸振動高可能會造成軸瓦損壞，這些試驗值不滿足標準中的規(guī)定值。從圖2可以看出，在臨界轉(zhuǎn)速10 008 r/min時，共振放大因子達到最大，此時轉(zhuǎn)子橫向振動對臨界轉(zhuǎn)速的敏感程度達到最大，但隔離裕度實際值10.4%小于要求值11.7%，滿足標準中的規(guī)定值。圖3為轉(zhuǎn)子進行高轉(zhuǎn)速的平衡試驗，實際隔離裕度為48.9%,大于要求隔離裕度15.3%，其臨界轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速的隔離裕度不滿足標準中的規(guī)定值。

通過以上分析可得，二氧化碳高壓缸軸振動高的原因是由氣流激振、轉(zhuǎn)子的不平衡所造成的，所以針對這兩方面進行技術(shù)改造。

3 改造措施

改造靠近六級出口的平衡盤密封，以達到消除氣流激振的目的。具體做法是將平衡盤梳齒密封改為蜂窩密封，將流道進行技術(shù)改造，平衡盤密封開孔，將干氣密封更換為迷宮密封。平衡盤密封改造前、后比對見圖5。

圖5平衡盤密封改造前、后比對圖

4 結(jié)語

經(jīng)技術(shù)改造后，二氧化碳壓縮機順利開車，目前壓縮機已連續(xù)運行4個月，運行過程中各項指標均在正常范圍內(nèi)，高壓缸非驅(qū)動端振動VT5204A、VT5204B值均在22 μm以下。說明改造后的二氧化碳壓縮機取得了良好的效果，保證了裝置長周期穩(wěn)定運行。