离心式压缩机振动故障及应对措施探讨

摘 要 离心式压缩机是天然气处理和轻烃上产等石油化工装置不可缺少的关键设备，一旦出现转子不平衡、油膜振荡、喘振等故障不仅会给油气生产造成较大的经济损失，严重的还会造成安全生产事故，因而维护离心式压缩机安全、稳定长周期运行，业已成为油气生产过程中不可忽视的重要课题。基于此，文章对离心式压缩机振动故障的特征及应对措施进行了探讨。

关键词 离心式压缩机；振动；转子；油膜振荡；喘振

中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0127-01

离心压缩机具有转速高、流量大、体积小、结构紧凑、排气均匀、处理过程不受污染、连续运转时间长、维修保养成本低等优点，广泛应用于石油化工行业中，是天然气集输和初加工的关键设备。保证离心压缩机组的安全、平稳可靠运行，降低机组故障发生率及其带来的事故风险，是实现天然气处理和轻烃上产等经济生产目标的重要工作。其中，因压缩机振动始终处于或者高于上限临界值引起的故障是导致机组配件损坏和寿命降低的主要原因之一，需要在生产运行过程中准确判断引起振动故障的因素，采取有效的防治措施。

1 引起离心式压缩机振动故障的主要原因

1）转子运行不良造成压缩机振动故障。在压缩机安装、检修过程中因装配误差、材料缺陷等问题造成离心式压缩机振动值升高以至于超过上限值，是引起机组振动故障最为常见的原因，主要体现为转子动平衡不良和转子对中不良两大故障。

①转子动平衡不良加剧机组振动。离心式压缩机作为旋转机械设备，其转子无可避免地要受到加工技术、装配误差及材料质量不均匀等因素的影响，因而任何一个旋转设备的转子都无法实现绝对平衡，即便转子质量中心与旋转中心线间的偏心距在可允许范围内，仍然会使用轴承因周期性离心力的干扰产生振动。不仅如此，在压缩机连续长时间运转的情况下，转子不平衡会造成处理介质中的粉尘颗粒在转子上不均匀结垢，使原有不平衡问题进一步恶化，同时长期运转过程中不仅处理气体中的杂质会对叶轮造成物理磨损，而且处理气体中的化学物质还会对叶轮造成化学腐蚀，致使叶片强度降低，而叶轮损坏后剥落的异物可能卡塞叶轮流道，进而产生叶轮动平衡不良，最终使转子动平衡不良问题进一步恶化，使离心压缩机组振动随之增大。②转子对中不良加剧机组振动。造成转子对中不良的主要原因包括如下三方面：一是由于装置设计建造时热膨胀计算误差较大从而导致压缩机运行剧烈振动，进而造成转子不对中；二是压缩机安装和日后检修时对中精度不高，导致压缩机运行时振动过高和机组基础沉降不均匀；三是导向系统未锁紧导致承载后变形。这三方面因素导致离心式压缩机在运行过程中引发各缸轴线之间对中不良的问题，进而加大机组各缸体轴向和径向的交变力，致使机组轴向和径向振值随之升高，同时振动升高又会逐渐加重转子不对中的问题，最终造成压缩机组振动过大和不对中问题同步加重，引发停机故障。

2）涡动现象引发离心压缩机振动故障。油膜振荡和喘振是由涡动现象引发压缩机振动故障的两种常见情况，前者是油膜涡动引起，后者是由处理气流涡动引起。油膜振荡主要是由油膜涡动的油膜力引起的自激振动，且一旦发生会使离心压缩机转速持续提升，当瞬时振幅突然升高带动局部油膜破裂时，会对轴承和转子产生强大的冲击，损坏系统配件；喘振主要是由于压缩机转速下降而出口压力未下降或者压缩机进气压力下降等造成入口管网阻力增大的因素引起压缩机处理气流量减小所造成的，当处理气流量突然减少时，会在压缩机流道形成气体涡动，从而造成管网压力高于出口压力，而加之入口气量受阻，所以会引发出口气倒吸至压缩机的现象，而当倒流回压缩机的入口气使管网压力降低时又会使整个流量被气体旋涡区所占据，进行形成压力和流量周期性的脉动，使压缩机组产生剧烈振动。

2 离心式压缩机振动故障的防治及应对措施

1）加强实时监控，准确辨别转子运转不良的特征。由于振动引发离心式压缩机组故障停机并不是一蹴而就的，而是在长时间振动升高的过程中逐渐对机组造成更大的危害，因而除了要安装和不断更新DCS等动态监测控制系统，利用控制系统加强对压缩机组关键位置各项振动指标的实时监测之外，还必须掌握离心压缩机出现转子对中和动平衡不良问题时呈现出来的特征，如此不仅可以及时发现压缩机组存在转子对中和动平衡不良的问题，进而加以关注和预防，而且当控制面板上显示机组振动值过高时，能够快速排除其他原因，将问题准确锁定在转子对中或动平衡问题上，进而加快维修速度，使压缩机组第一时间从停机恢复运行，减少停产损失。

依据油膜压力和振值两项指标是最为常用的判断转子对中不良的方法：①当离心压缩机运行时，要密切关注动态检测系统轴承油膜压力指标的变化，轴径与轴承下半的内表面间隙减与该指标呈反比，当压力值持续增大或者减小时，说明间隙随之减小或者增大，轴承对中不良；②密切观察动态监测系统的振动数值，当轴向或者径向振动数值持续升高时，要及时测量相位，判断是否存在转子对中不良情况。

2）采取防腐处理措施，减少叶轮冲刷及腐蚀。为了防止叶轮动平衡不良现象的发生，需要对级间换热器内壁和级间管线内壁实施有效防腐措施，例如不锈钢喷镀法等，从而加强叶轮抗冲刷和耐腐蚀的能力，防止叶轮在长周期运行过程中因电化学腐蚀和处理介质中的杂志颗粒带来的磨损引发转子不平衡问题。同时在机组保养和检修时必须定期对进气管道、级间管道和冷却器外壳及内部的污垢进行彻底清除。

3）采取有效措施避免油膜涡动和气流涡动危害发生。避免油膜涡动产生油膜振荡，首先要使离心压缩机在长期持续运行过程中避免在一阶临界转速的两倍附近运转，使之无法进入油膜共振区；其次，通过增加轴瓦工作面上单位面积所承受的载荷来使油膜更趋于稳定；再次，通过将轴瓦预负荷维持在正值以及减小轴承间隙，来增大偏心距，从而提升离心压缩机油膜共振转速区间，当压缩机正常运行的转速难以达到共振区间时便可以有效避免油膜振荡的发生。

避免气流涡动产生喘振可以采取如下三种措施：一是降低运行速度，可使出口压力随之降低的同时减少而不致进入喘振状态；二是设出口旁路将多出的气量重新返回机组处理气入口，通过防止气量减少来避免喘振；三是定期检查压缩机气体出入口动态监测仪表的工作状态，确保防喘振与报警联锁或与紧急停车联动的有效性。

参考文献

[1]尚恩清，董友.离心压缩机的振动分析及解决措施[J].风机技术，2011（08）.

[2]陈虹微，王荣杰.离心压缩机电机振动建模分析及改进[J].动力学与控制学报，2012（12）.

[3]张忠瑞.离心式压缩机振动故障分析与安全运行[J].广州化工，2011（07）.

作者简介

张鼎成（1986-），男，黑龙江大庆肇源县人，助理工程师，毕业于东北石油大学，研究方向：设备安装。endprint