某循環(huán)氣壓縮機(jī)進(jìn)異物故障分析

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧沈陽 110869）

1 引言

離心式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于煉油、化工、化肥等石油化工行業(yè)，是石油化工行業(yè)的核心、關(guān)鍵設(shè)備。壓縮機(jī)一旦發(fā)生嚴(yán)重故障，危險(xiǎn)氣體極易外泄，從而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒等惡性事故發(fā)生，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響裝置的安全與平穩(wěn)生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，離心式式壓縮機(jī)有80%以上的故障發(fā)生在轉(zhuǎn)子不平衡上，本文以一個(gè)壓縮機(jī)進(jìn)異物造成轉(zhuǎn)子不平衡的案例進(jìn)行分析研究。

2 案例

2.1 機(jī)組概況

循環(huán)氣壓縮機(jī)由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)組額定運(yùn)行轉(zhuǎn)速為8863 r/min，壓縮機(jī)上只有一級(jí)葉輪，兩端支撐軸承為可傾瓦型式。壓縮機(jī)軸振動(dòng)報(bào)警門限為63.5 μm，聯(lián)鎖停機(jī)門限為88.9 μm。

2.2 故障現(xiàn)象

壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，各通道振值保持在45 μm以下，幅值略高但總體趨勢(shì)較為平穩(wěn)；2019年10月17日04:34:46壓縮機(jī)4個(gè)通道突然出現(xiàn)大幅跳變的現(xiàn)象，4個(gè)通道的振值分別從20～65 μm，24～72 μm，28～51 μm，44～40 μm，呈3個(gè)通道上漲一個(gè)通道下降的現(xiàn)象，整個(gè)振動(dòng)的變化和波動(dòng)過程持續(xù)了大概30秒鐘。在此期間機(jī)組的轉(zhuǎn)速未做調(diào)整，汽輪機(jī)的4個(gè)通道振值也無明顯同步變化。隨后機(jī)組運(yùn)行過程中，壓縮機(jī)各通道振值相對(duì)比較穩(wěn)定，僅隨轉(zhuǎn)速調(diào)整有同步的變化。壓縮機(jī)振動(dòng)變化時(shí)刻趨勢(shì)圖見圖1。

圖1 壓縮機(jī)振動(dòng)變化時(shí)刻趨勢(shì)圖

2.3 故障分析

在振動(dòng)發(fā)生跳變后，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)儀表進(jìn)行了檢查，通過排查確認(rèn)儀表系統(tǒng)正常，振動(dòng)值為機(jī)組真實(shí)振動(dòng)情況。

（1）從各通道分頻趨勢(shì)上看，振動(dòng)通頻值的變化主要以1X幅值變化為主，其它頻率成分幅值基本未改變，壓縮機(jī)各通道1X幅值趨勢(shì)圖見圖2。

圖2 壓縮機(jī)各通道1X幅值趨勢(shì)圖

（2）在振值變化的同時(shí)，1X相位角度也發(fā)生了比較大的改變。壓縮機(jī)各通道1X相位趨勢(shì)見圖3。

圖3 壓縮機(jī)各通道1X相位趨勢(shì)

（3）波形頻譜圖中，波形呈標(biāo)準(zhǔn)的等幅正弦波的形態(tài)，頻譜中主要以工頻為主。壓縮機(jī)波形頻譜圖見圖4。

圖4 壓縮機(jī)波形頻譜圖

（4）軸心軌跡呈標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形態(tài)，渦動(dòng)范圍較大，進(jìn)動(dòng)方向未改變，軸心軌跡圖見圖5。

圖5 壓縮機(jī)軸心軌跡圖

2.4 診斷結(jié)論

從圖譜特征上看，壓縮機(jī)振動(dòng)突變?yōu)榈湫偷霓D(zhuǎn)子平衡性突變方面的問題。整個(gè)振動(dòng)發(fā)生變化時(shí)間持續(xù)了30 s左右，判斷導(dǎo)致平衡性突變的原因最有可能是異物進(jìn)入，粘接或堵塞在轉(zhuǎn)子葉輪處，造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布改變，出現(xiàn)不平衡類故障。

機(jī)組維持運(yùn)行至10月21日停機(jī)，在停機(jī)過程中，通過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間時(shí)，壓縮機(jī)4個(gè)通道的臨界響應(yīng)幅值高達(dá)310 μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于啟機(jī)時(shí)的臨界響應(yīng)幅值，由此現(xiàn)象基本可以斷定，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡性確實(shí)發(fā)生了較大的變化。壓縮機(jī)停機(jī)過程振動(dòng)趨勢(shì)圖見圖6。

圖6 壓縮機(jī)停機(jī)過程振動(dòng)趨勢(shì)圖

2.5 檢修

機(jī)組停機(jī)后，現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行了拆解，發(fā)現(xiàn)在壓縮機(jī)入口過濾器的濾網(wǎng)處有一塊較大面積的破損，且破損的碎片進(jìn)入壓縮機(jī)后，剛好粘接在葉輪表面，造成轉(zhuǎn)子葉輪質(zhì)量分布改變，導(dǎo)致不平衡故障的發(fā)生。

機(jī)組檢修后，重新啟機(jī)運(yùn)行，壓縮機(jī)各通道振值保持在25 μm以下，幅值較低，且趨勢(shì)平穩(wěn)。

3 結(jié)論

通過本案例研究遇到此類故障問題的分析及處理思路，先排查確認(rèn)儀表系統(tǒng)是否正常，振動(dòng)值是否是真實(shí)振動(dòng)。查看在線頻譜，根據(jù)壓縮機(jī)各通道振幅1X幅值和1X相位角度變化、波形頻譜圖中工頻為主且波形呈標(biāo)準(zhǔn)的等幅正弦波形態(tài)、軸心軌跡呈標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形態(tài)等因素判定壓縮機(jī)出現(xiàn)不平衡類故障，由于振動(dòng)突變時(shí)間非常短，異物進(jìn)入造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布改變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡破壞可能性最大。此次故障的診斷思路、診斷步驟、分析方法，對(duì)壓縮機(jī)故障分析處理具有指導(dǎo)意義。