探究火炬氣螺桿壓縮機振動故障及改造

王亮

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163714）

螺桿壓縮機，屬于回轉式機械，主要用于對氣體進行壓縮、輸送，在對濕、臟、腐蝕性和易聚合等工藝氣體進行壓縮時，不易出現操作問題，廣泛應用于石油化工領域。我國的火炬氣螺桿壓縮機實現了對排氣壓力和可靠性的提高，并實現了對容積流量的增加，但其軸封性能仍有待提高。本文結合相關案例，對振動數據進行系統采集，并對機械密封開展有效檢修，在此基礎上，對振動故障的具體原因進行歸納總結，并探究解決方法以增強整改效果。

1 案例概況

通常，通過火炬氣螺旋壓縮機對火炬氣進行回收排放，對燃料氣管網輸送火炬氣，能實現對能源的有效節約，并防止發生污染。火炬氣的來源，主要是各類煉油裝置，諸如常減壓裝置、催化裝置、焦化裝置、加氫裝置等。火炬氣成分復雜，包含各類顆粒性雜質，諸如硫磺、焦炭等。火炬氣螺旋壓縮機組具有苛刻的運行條件：工藝氣體含有復雜的成分、需長期保持連續運轉、需聯合管網系統開展工作、管網系統具有復雜多變的工況。為保障火炬氣螺旋壓縮機實現可靠穩定運行，要加強對振動故障的有效改造。某企業車間對3臺螺桿壓縮機進行并聯，據此組成火炬螺桿壓縮機，其管道系統主要包括如下內容：氣體通過進氣總管路，分別進入3臺壓縮機各自的進氣分支管路，并從入口膨脹節，分別對螺桿壓縮機各自的進氣腔進行進入，進而完成壓縮升壓；在此基礎上，氣體經由排氣腔，從出口膨脹節以及排氣分支管路，實現對直徑300mm排氣總管路的進入，最終實現對管網的進入。為減少二轉子間和轉子與殼體之間發生氣體泄漏，在壓縮機運行過程中，將適量潤滑油噴入工作腔內，促進氣密性實現有效提高，并實現對齒面的有效潤滑，降低噪聲以及排氣溫度。該壓縮機組具有較大的噪聲，其機械密封多次出現泄漏，密封泄漏超標明顯，使用壽命較短，且漏油量較大，呈現出嚴重的摩擦副磨損，裂紋出現于動環銷孔處。拆卸壓縮機后，可見陰陽轉子存在程度不同的磨損。

2 故障分析

在實際中，存在諸多原因，均可導致螺桿壓縮機出現振動故障和機械密封泄漏。一般情況下，可從設備本身和工藝系統上，對故障原因進行查找。通過振動專用測試設備，對螺桿壓縮機實施規范的振動測量，并針對陰陽轉子，從水平方向、軸向和垂直方向，開展振動采集。采集結果顯示，吸氣端相應的垂直方向，呈現出最大的振動值，明顯比水平方向和軸向的振動值要高。對陰轉子吸排兩端在垂直方向上呈現出的振動值進行比較，可知，陰轉子吸端在垂直方向呈現的振動值相對大于陰轉子排端在垂直方向呈現的振動值。上述結果契合于對現場機械密封進行維修形成的記錄。對現場機組振動頻率進行分析，并以此為依據，可知壓縮機組相應的振動頻率呈現出較散分布，呈現出明顯的氣脈流動特點，對該現象原因進行分析，可得出如下內容：

（1）對3臺壓縮機組而言，其入口管線與總管之間存在的相關管線在走向上各不相同，存在的彎頭數量較多，對每臺壓縮機而言，其入口阻力損失各不相同。對此，多臺壓縮機同時開展工作，在這種情況下，可能造成總管缺乏足夠的氣體緩沖，形成“搶氣”現象，外在表現即是3臺壓縮機組呈現出不同的入口壓力。根據現場監測形成的數據可知，3臺壓縮機組在保持同時工作的狀態下，分別呈現出2.85kPa、1.96kPa、2.19kPa的入口壓力，且出現氣流脈動。

（2）壓縮機組在實施試車的實際過程中，形成的最大振動值比7.1mm/s要低，產生的噪聲相對較小，試車運行保持平穩后，采用火炬氣，機組形成明顯的振動增大現象，其原因可能是由于工作介質。

根據氣流模擬結果可知，當入口流量出現減少時，螺桿壓縮機進入排氣強的氣流速度缺乏穩定性，產生旋渦較多。對其壓力分布進行分析，氣流缺乏良好的穩定性，在旋渦附近，形成了一定的壓力降，在機器進出口，產生了壓力脈動，進而導致機組振動。

將搜集的現場數據作為分析依據，并對仿真計算形成的結果進行綜合分析，獲取結論主要如下：機組發生振動，并出現機封失效，其原因主要在于氣流脈動。入口氣量相對較低，同時，入口出現氣量脈動，在這種情況下，機組運時轉子出現頻繁的軸向力變化，呈現出較大的軸向力，將引發下列情況：（1）陰陽轉子間實際存在的間隙相對減小，對轉子面造成磨損；（2）機械密封動靜環之間的力變化頻繁，引發的摩擦副磨損較為嚴重，在動環銷孔處，出現了一些裂紋。

3 改造措施

在上述分析的基礎上，對振動故障進行解決，應對存在與壓縮機相應的入口管道的氣流脈動實施有效消除，并對密封進行有效改造，主要可對如下措施進行運用：（1）針對壓縮機，對其入口總管，增加其直徑，據此增大其緩沖能力，并減少存在于入口處的氣流脈動；（2）針對總管道壓縮機，減少存在于其入口的彎頭，對入口阻力降進行控制，對小氣流脈動形成的影響進行降低；（3）控制機組實際的排氣溫度，通常控制在65℃，適當對噴液量進行減少，避免液體擾動過多影響機組振動；（4）摒棄機械密封，將干氣密封作為替代品。在特定工藝下，進氣管路的實際組分以及火炬氣介質流量，會出現一定程度的變動，導致氣流脈動以及機械密封腔壓力產生的變化較大，將干氣密封實際運行狀況作為依據，將機械密封摒棄，替代使用干氣密封，良好實現對入口處存在的氣流脈動的適應。對干氣密封而言，其螺旋槽僅能實施單向旋轉，其氣膜剛度相對較大，在工藝波動過程中，軸竄現象會導致存在于氣密封摩擦之間的間隙減小，并增大動壓槽相應的反力，在摩擦副間，其氣膜剛度會出現增強，能有效克服閉合力，并防止摩擦副間形成接觸，能保障機組內壓縮實現穩定良好的長期運行。在干氣密封實際運行的過程中，僅有微量氮氣發生泄漏，能保障工藝氣體實現零泄漏，并增強其安全性。摩擦副之間呈現為非接觸，具有較小的功率損耗，能實現對密耗運行成本的有效降低。將氮氣作為密封氣，能避免密封油污染環境和工藝，能實現對現場環境的有效改善。

按照上述措施，對壓縮機組進行改造后，獲取陰轉子吸端在垂直方向上形成的振動值，并與機組改造前陰轉子吸端在垂直方向上形成的振動值進行對比，可知機組改造后，陰轉子吸端在垂直方向上形成的振動值明顯比改造前陰轉子吸端在垂直方向上形成的振動值要小，且明顯減少了現場噪聲，機組實現了平穩運行。對機組進行改造之后，機組振動故障消除，且未再出現泄漏。火炬氣螺桿壓縮機保持長期平穩運行后，大量回收了火炬氣，有效降低了污染和噪聲，取得了良好的環保效益。

4 結語

綜上所述，對于火炬氣螺桿壓縮機振動故障，實施振動及頻譜分析，并開展流體有限元仿真計算，據此對故障原因進行分析，并形成解決方案加以改造。對機組進行改造后，機組能實現平穩運行，并減小噪聲，實現零故障，使得壓縮機組振動故障得到良好解決。