空分增壓機振動故障原因分析及修復研究

曹遷朋

（化工有限公司甲醇分公司動力車間空分工段，黑龍江 大慶 163000）

在甲醇生產體系中，空分設備需要為其他生產設備提供足夠的氮氣和氧氣，只有確保空分增壓機的穩定運行，才能夠有效完成上述工作。振動是空分增壓機最為常見的故障表現，一旦設備出現振動幅度過大的情況，設備的運行穩定性便會降低，需要檢修人員及時檢查和修復，必要情況下，則需要停止生產體系進行檢修，這會給甲醛生產造成嚴重影響，會降低企業經濟效益和社會效益。

1 空分增壓機系統簡介

所在車間空分增壓機為三級壓縮空分增壓機，整體工藝體系如圖1所示，具體包括機組本體、機組配置（儀表、管道、電氣系統、空冷系統、純化系統、循環水系統），其中，與設備振動相關的主要結構是機組本體和管道。在空分增壓機工藝體系中，分子篩吸附器的空氣首先進入到一級壓縮結構中進行加壓，最原始的空氣壓強為0.59MPa，加壓后的空氣會進入水冷器中被冷卻，隨后進入二級壓縮結構中，經過換熱冷卻進入三級壓縮結構中，此時，空氣壓強為7.8MPa，最后進入水冷器中被冷卻后返回冷箱。在空分增壓機工藝體系各個壓縮結構中都設置了循環選項，操作人員可以結合實際空分增壓需求選擇空分增壓級別，并且能夠按照調節閥對循環數量、空分增壓機運行參數進行自行調節。

圖1 空分增壓機工藝體系示意圖

2 空分增壓機振動故障原因分析

2.1 測試空分增壓機及初始試車

在安裝好空分增壓機后，需要按照既定規范對空分增壓機應用性能進行測試，以此來確保各項安裝操作符合技術要求，測試結果表明本次空分增壓機安裝合格，能夠進入到初始試車階段。首先通過空載試車方式來測試汽輪機拖帶性能，測試結果表明沒有出現振動現象；隨后緩慢關閉放空閥，逐漸降低三級排氣量，此時，空分增壓機內部的循環氣量在逐漸增加，空分增壓機的三級排氣壓力逐漸增加；測試結果表明，當三級排氣壓力到達6.4MPa時，機組軸系振動值突然達到了53.0μm，隨即結束初始試車。在初始試車結束后，發現空分增壓機整體發生了位移，機組軸系偏離值達到了0.65mm，已經超過了允許最低偏離值（0.40mm）。

2.2 分析空分增壓機機組本體

空分增壓機在初始試車階段產生振動與機組本體或機組配置有關，振動幅度則與機組本體轉軸偏心度有關。導致空分增壓機振動具體原因如下：（1）空分增壓機軸系與汽輪機的匹配程度較低，進而導致了空分增壓機轉軸偏心情況；（2）空分增壓機機組配置，如管道、閥門等，存在運行異?；蚺c機組本體匹配程度較低問題，進而導致了空分增壓機轉軸偏心情況。在上述初始試車過程中，汽輪機拖帶測試中并沒有出現振動現象，表示空分增壓機軸系與汽輪機匹配程度較高，即導致空分增壓機振動的原因并非機組本體，還需要進行后續分析。

2.3 分析空分增壓機機組配置

空分增壓機機組本體與水冷器均應用混凝土基礎固定方式，固定較為穩定，在沒有巨大外力作用的情況下不會產生位移；機組本體應用的是單獨固定方式，固定較為穩定，通常情況下，不會受到其他設備及元件振動的影響；機組本體與水冷器結構基本獨立，只是通過1條進氣管道來與吸附器連接，通過1條出氣管道來與水冷器，并且吸附器與水冷器均屬于靜設備，不會導致機組本體振動和位移。

基于上述分析，在空分增壓機工藝體系中，能夠導致機組本體振動和位移的機組配置是進氣管道中的DN 600mm管道、出氣管道中的DN 200mm三回一管道，兩個管道均應用水平三通連接方式，位于圖1中的A區域，放大后如圖2所示。由于兩個管道應用的是水平連接方式，三回一氣流很容易會對進氣管道造成沖擊，但是由于機組本體于水冷器固定較為良好，氣流本身能夠導致的機組本體比較振動和位移幅度較小。DN 200mm三回一管道的柔性大于DN 600mm管道，因此，盡管水冷器重量較大，但是卻不能夠阻止DN 600mm管道產生的振動和位移；此時，當出氣閥逐漸關閉時，三回一氣流會不斷增加，其對進氣管道造成的沖擊會不斷加大，導致的DN 600mm管道振動和位移幅度越大，當到達已經臨界值后，便會導致機組本體產生振動和位移，振動現象隨之突然出現，機組本體突然偏離中心位置；由此可以解釋，為什么在初始試車階段機組軸系振動值會突然變化。

圖2 DN 600mm管道與DN 200mm三回一管道連接示意圖

3 空分增壓機振動故障修復方式

3.1 采取減振措施

通過上節分析，可以得知，導致空分增壓機振動故障的原因是三回一氣流對進氣管道造成沖擊，進而導致機組本體產生振動和位移。由此可見，要想解決振動故障，最直接的方式便是消除三回一氣流對進氣管道造成的沖擊，具體方式如下。

（1）按照由上向下的方式布置三回一管道，進而將三回一氣流對進氣管道的沖擊方向調整為由上向下，這樣產生的沖擊力便能夠在一定程度上被管道支架或混凝土結構吸收，進而減少了對機組本體產生的沖擊。

（2）按照順流方向的方式布置三回一管道，并且將90°彎頭深入一定長度到進氣管道中，進而將三回一氣流對進氣管道的一部分沖擊氣流轉為與進氣氣流方向一致，進而減少了對機組本體產生的沖擊。但是，具體選擇哪種減振措施需要視車間環境而定，如果三回一管道有足夠的向上空間，便適合選擇第一種方式，能夠避免在管道上留下孔洞；如果不能滿足上述要求，只能選擇第二種方式，并且需要嚴格掌握一應施工工藝，需要注意的是，此方式存在一定的施工風險，需要謹慎選擇，尤其是高壓管道，但是，相比第一種減振方式，此方式也存在施工工程量較小的優勢。

3.2 優化操作工藝

此外，為了進一步規避其他空分增壓機振動故障，還可以采取優化操作工藝的方式，具體如下。

（1）科學調整空分增壓機設備運行參數，一級壓縮應用手動控制方式，二級壓縮調整好壓縮參數后進行自動控制，三級壓縮繼續進行自動控制。

（2）科學調整空冷系統運行參數，做好對分子篩吸附器空氣溫度的控制，具體需要不超過10℃。

（3）科學調整純化系統運行參數，做好對分子篩活化再生加熱量的控制，具體需要不超過75℃。

（4）科學調整循環水系統運行參數，做好對循環水溫度的控制，具體需要不超過28℃。

4 結語

總之，導致空分增壓機振動故障的原因較多，需要檢修人員結合具體情況進行具體分析，并且需要全面檢查來確認最終的振動原因，進而采取針對性修復方式。事實證明，在對所在車間空分增壓機振動原因進行具體分析，并且采取了修復技術后，振動問題得到了有效解決，空分增壓機運行恢復穩定，各項運行功能和整體運行性能都沒有受到影響，甲醇生產工作得以順利進行。