二氧化碳壓縮機組異常振動原因分析及對策

彭楠

摘 要：本文介紹了大唐多倫煤化工有限責任公司三套二氧化碳壓縮機組自初始試車至實現長周期穩定運行期間，發生的各類異常振動的原因分析及對策。

關鍵詞：煤化工;二氧化碳壓縮機;振動。

引言

三套二氧化碳壓縮機組，其任務是將經過魯奇低溫甲醇洗裝置脫除的二氧化碳氣體（12℃、9KPa、14×104Nm3）經一段加壓至5.46MPa送至殼牌煤氣化裝置穩態氮氣/二氧化碳總管供裝置各路吹掃用氣，二段加壓至8.13MPa供殼牌煤氣化裝置煤粉鎖斗下料、煤粉給料倉穩壓及作為煤粉管線的煤粉輸送載氣使用。透平為背壓式，額定轉速6000rpm，進口蒸汽壓力3.8MPA，出口蒸汽壓力0.9MPA。壓縮機為整體齒輪式，入口流量89244kg/h。

1、 旋轉機械振動分析簡介

振動是大型旋轉機械常見故障，對機組安全運行危害較大。振動同時也是設備的“體溫計”，直接反映了設備安全運行狀況。振動是一個動態變量，為完全描述一個振動信號，必須同時知道幅值、頻率和相位這三個參數，稱振動分析三要素。振動分析離不開轉速，常使用與轉動頻率相等的頻率，又稱為工（基）頻。采用信號分析理論中的快速傅立葉變換可以快速、方便地求出復雜振動信號中所含頻率分量的幅值和相位。該過程稱為頻譜分析。通過頻譜分析可知：其一，不同故障所對應的頻率不同。例如：轉子不平衡的故障頻率為工頻，氣流激振和油膜振蕩等故障的頻率為低頻，電磁激振等故障的頻率為高頻等。頻率特征是故障判斷的必要條件。某種故障必然具備相應的頻率特征。因此，根據頻譜分析結果可以對故障性質作一個初步、定性判斷。其二，多種故障的頻率特征具有很強的相似性，頻率特征并不是故障判斷的充分條件。例如，熱變形、不平衡、共振、剛度不足、摩擦等故障的特征頻率都是工頻，僅根據頻率特征無法將故障原因進一步定量細化。為了能確診故障原因，振動分析必須結合過程參數和相關試驗數據進行，突出相似故障之間的微小差別。

2、 二氧化碳壓縮機透平異常振動原因分析及對策

2.1? 暖機和保溫對振動的影響

原因分析：透平由冷態第一次低速暖機過程中，由于因檢修工作結束后，局部保溫恢復的不完善，缸體各部位溫升不均勻，既使靠近測溫點的上下缸體溫度達到允許升速的條件，但實際缸體整體未暖透，局部溫度仍未達到，在升速過程中，透平前后軸的振動極易飄高。

對策：加強保溫工程管理，具體包括核對保溫設計說明中對保溫材料的選擇、保溫結構型式及保溫層厚度要求;對保溫材料的檢查，包括保溫材料出廠的合格證書、化驗報告、物理性能試驗記錄等;對透平保溫施工進行全程監督，確保嚴格按照該機組保溫設計所規定的要求進行，重點對各儀表測點、接線、閥門等的安全防護措施進行檢查;加強保溫施工的驗收工作。對于冷態第一次啟機，適當延長暖機時間。

2.2? 軸封系統對振動的影響

原因分析：二氧化碳壓縮機透平兩側軸封外側泄漏蒸汽經由軸封抽氣器抽引至軸封冷凝器冷凝后，設計為直排（0.88噸/小時）。由于該凝液為優質冷凝液，故需回收，增加常壓冷凝液罐及冷凝液泵，用以將該股凝液并入公司低壓蒸汽冷凝液管網。在使用過程中，由于偶發的冷凝液泵故障，冷凝液打不出去，導致凝液積滿回收罐進而冒頂。此時，因為設備安裝高度的原因（類似U型管原理），導致軸封凝液管線排放不暢，阻力增大進而凝液由透平轉子兩側泄漏而出，導致透平轉子局部溫度變化，引發透平前后軸振動飄高。

對策：將冷凝液罐溢流口接管直排，在冷凝液泵發生故障時，冷凝液罐液位漲至最高允許液位之前，即行排出，不會導致軸封凝液排放不暢。

2.3? 頻繁開停車對振動的影響

原因分析：初始試車期間，上下游裝置的工況波動或開停車經常導致機組頻繁跳車或停車。并且該機組入口壓力跳車聯鎖值范圍較窄（小于1KPa或大于25KPa）。三臺機組其中一臺跳車，該跳車機組迅速卸載，兩段防喘振閥立即打開，兩段出口的高壓CO2瞬間返回至壓縮機入口，由于三臺機組的入口管線是總管制，這直接導致了另外兩臺機組入口壓力高高聯鎖跳車。這更增加了該機組跳車的次數。隨后在一次啟動1#機組過程中，一升速至額定轉速，透平后軸振動即高高跳車，連續三次皆然，拆檢軸承，發現后軸瓦巴氏合金疲勞碎裂。

對策：隨著各裝置試車階段逐步過渡到穩定運行階段，非計劃停車及跳車次數漸少，二氧化碳壓縮機組開停車次數亦相應漸少。另外，對于入口壓力導致的跳車，一則通過在每臺機組入口總管上各加裝一臺放空閥，即可保證一臺機組跳車后，放空閥聯鎖打開，泄放多余壓力;二則聯鎖增加跳車信號觸發跳車機組入口閥門關閉，隔斷高壓氣體進入總管，最大程度保障了運行機組入口壓力的穩定。

2.4? 轉子不平衡對振動的影響

原因分析：3#機組試車期間透平前軸異常振動，轉子存在一定程度的不平衡。

對策：經透平廠家調整轉子平衡塊后，情況改善明顯。

2.5? 潤滑系統對振動的影響

原因分析：機組正常運行過程中透平前軸異常振動，定期油品分析發現，潤滑油中水分超標，判斷冷油器出現內漏，在停車時冷卻水漏進油系統。

對策：潤滑油系統接裝濾油器在線濾油，前軸異常振動逐步平復。

2.6? 蒸汽系統對振動的影響

原因分析：蒸汽管網8.7MPA減壓至3.8MPA的減壓閥故障，導致入口蒸汽溫度最高漲至460℃（設計溫度410℃），透平前軸高高跳車。

對策：減壓閥更換定位器，定期維護。

3、 二氧化碳壓縮機異常振動原因分析及對策

3.1? 轉子不平衡對振動的影響

原因分析：機組在背壓較低的工況下，五級振動在啟動過程中易飄高：壓縮機為整體齒輪式，五、六級背靠背共同一根軸，該軸既小且輕，但轉速最高，為32465rpm;轉子重心與回轉中心不重合時，高轉速下，既使數值很小的質量偏心也會被放大，易導致振動飄高。

對策：緩慢提高背壓后，軸會被壓住，振動情況明顯改善;在達到額定轉速后，不做停留，盡快提高出口背壓。

3.2? 壓縮機負荷變動對振動的影響

原因分析：殼牌煤氣化裝置煤粉鎖斗順控下料過程中，煤粉鎖斗定時充壓，試車初期，充壓閥門自動跟蹤鎖斗的壓力而逐步開大，達到設定壓力后逐漸收小開度，并且一套氣化裝置設置雙系列煤粉下料系統，兩個系列之間還會出現重疊用氣充壓的情況。即機組出口用氣量總不穩定，也就是壓縮機的負荷不穩定。這就造成，對應的機組振動情況也不穩定，不時出現振動隨壓縮機負荷正相關變動的情況。

對策：對氣化裝置煤粉鎖斗充壓閥門在充壓時限定最大閥門開度;同時避免雙系列下料系統重疊用氣，采取上述措施后機組負荷較之前期顯著改善。

結語：

大型旋轉機械，如汽輪機、壓縮機、風機、泵等，是石油化工行業的關鍵設備。振動是影響這些設備安全運行的重要因素。綜上所述，雖然我公司三套二氧化碳壓縮機組從試車到長周期穩定運行歷盡坎坷，卻從未出現過嚴重的設備振動故障。而我們需要的，仍然是將各種細致工作做到位，比方說找出各種偏離設計指標的因素，逐一進行分析解決，這才是裝置機組長周期穩定運行的必要手段。

參考文獻：

[1] 錢錫俊，陳弘.泵與壓縮機

[2] 楊建剛.旋轉機械振動分析與工程應用

[3] 中華人民共和國國家標準-汽輪機保溫技術條件

[4] 大唐多倫煤化工有限責任公司氣化裝置操作規程