渣油加氫循環氫壓縮機振動超標停機原因分析

吳海利，于 月

（中化泉州石化有限公司，福州泉州362103）

1 引言

渣油加氫裝置循環氫壓縮機是裝置的核心設備，是否能夠長周期運行，直接關系到整個裝置的可靠性。離心式壓縮機一次意外停機大修，帶來的經濟損失巨大，不僅影響到本裝置，還會影響到全廠加工和盈利能力，一次意外停機大修，帶來的經濟損失超過一千萬元。本文通過對開機過程中發生的故障進行數據和現象分析，準確的判斷故障原因，避免類似的故障再次發生，對于以后的操作以及其他加氫離心機的操作具有借鑒意義。

2 機組情況概述

某用戶渣油加氫裝置循環氫壓縮機位號2315-K101Ⅱ，型號為BCL459/B，軸功率3230 kW；壓縮機轉子總長1795.5 mm，軸承處軸徑φ90 mm，兩軸承中心距1410 mm，重量297 kg；壓縮機第一階臨界轉速4442 r/min，最大連續轉速11944 r/min。轉子軸向串量0.30 mm。驅動機為背壓式汽輪機，型號為NG32/25。

3 故障發生過程

2018年1月11日，機組大檢修后首次開機，汽輪機在1380 r/min進行低速暖機、3000 r/min高速暖機過程中，壓縮機振動和干氣密封放火炬流量平穩，都在正常范圍內。暖機后轉速升至一階臨界轉速區后壓縮機振動開始快速上升，轉速升至4946 r/min時壓縮機驅動端和非驅動端軸振動分別顯示為100 μm（滿量程） 和95 μm，達到振動聯鎖停機值。

隨后，壓縮機干氣密封一級密封氣排放流量由正常值為26.8 Nm3/h開始急速上升，1 min內升至58.4 Nm3/h，超過高報警值（46.0 Nm3/h），然后繼續上升至85.0 Nm3/h，超過聯鎖停機值，導致機組聯鎖停車。

經查看監測趨勢曲線，壓縮機軸位移從-0.241 mm變為＋0.248 mm，變化量為0.489 mm。汽輪機驅動端軸振動上升到54.30 μm和57.35 μm，超過了高報警值。

在壓縮機跨越一階臨界區過程中，壓縮機軸振動值和干氣密封一級密封氣排放量在短暫時間內均達到聯鎖停機值導致機組停機。

表1 2315-K101Ⅱ壓縮機開機過程參數記錄

4 原因分析

故障發生后，對壓縮機進行拆檢，發現壓縮機兩側支撐軸瓦磨損；非驅動端止推瓦塊存在不同程度磨損；干氣密封和級間迷宮密封磨損；葉輪外緣在同一側均出現3/16外圓弧長的磨損；汽輪機軸瓦、轉子無異常。由此初步判斷，該故障是由于壓縮機轉子振動過大，導致轉子和隔板密封瞬間摩擦，造成葉輪和軸瓦等部件磨損。

經查DCS記錄，在實際開機前，壓縮機機體及前后相鄰管路內充滿2.2 MPa的氮氣，出口切斷閥后管路內為常壓，管線直徑DN250，長度約100 m。由于出口切斷閥門突然全開，導致了出口迅速泄壓，引起壓縮機旋轉，在8 s內壓縮機帶著汽輪機轉速由0升至810 r/min。

壓縮機升速有明確的相關要求，正常要求：從0～810 r/min，需要用時90 s。而實際用時僅僅8 s。氣體進入對應轉子直徑約φ170mm，長度40 mm，經估算：轉子受到一個指向出口的2.2～4.5 kN軸向力，最大扭矩值650 N·m，轉子在靜止狀態，瞬間受到2.2～4.5 kN的軸向力的沖擊。在此過程中，壓縮機各級葉輪處，即發生氣體膨脹，同時由于發生旋轉，各級葉輪同時對氣體壓縮，同時的壓縮和膨脹，轉子的軸心線發生扭曲，很可能導致軸變形彎曲。

從磨損情況看，軸瓦位置磨損較輕微，支撐軸瓦頂間隙為0.175 mm，振動雖然超過量程100 μm，實際的振幅應該在200 μm左右；氣封位置磨損嚴重，從磨損程度判斷轉子振幅約5 mm。意味著由于壓縮機轉子彎曲在殼體內甩動，造成轉子葉輪沿軸向同一弧面出現偏磨。

從轉子動力學角度，分析轉子的特性。

轉子內激勵不平衡響應曲線如圖1。

從葉輪的磨損位置和圓弧長度，軸跳動數據以及轉子不平衡響應曲線，可以看出，是由于轉子彎曲引起的動平衡輕微破壞，在臨界轉速的振動敏感區域，轉子非支撐部位振動急劇增加導致的振動超標。

表2 壓縮機工藝參數

圖1 轉子內激勵不平衡響應曲線

5 處理措施

對轉子徑向跳動超標部位進行了加工，使轉子各部位跳動值在合格范圍內，重新進行了高速動平衡，動平衡精度等級為ISO1940-2003 G1.0。更換干氣密封、氣封和軸瓦等損壞部件，2018年1月18日完成回裝后一次開車成功。

6 結論

由于操作人員誤操作，出口反飛動閥誤操作瞬間全開，后續管線容積較大，導致了出口迅速泄壓，壓縮機轉子受到非正常沖擊。應加強培訓，提高工藝操作人員異常情況時分析問題和處理問題能力，使崗位人員能掌握操作技術要領和異常情況緊急采取得當措施，保護設備。

壓縮機各級葉輪處，即發生氣體膨脹，同時由于發生旋轉，各級葉輪同時對氣體壓縮，同時的壓縮和膨脹，轉子的軸心線發生扭曲。