二氧化碳压缩机组异常振动原因分析及对策

彭楠

摘 要：本文介绍了大唐多伦煤化工有限责任公司三套二氧化碳压缩机组自初始试车至实现长周期稳定运行期间，发生的各类异常振动的原因分析及对策。

关键词：煤化工;二氧化碳压缩机;振动。

引言

三套二氧化碳压缩机组，其任务是将经过鲁奇低温甲醇洗装置脱除的二氧化碳气体（12℃、9KPa、14×104Nm3）经一段加压至5.46MPa送至壳牌煤气化装置稳态氮气/二氧化碳总管供装置各路吹扫用气，二段加压至8.13MPa供壳牌煤气化装置煤粉锁斗下料、煤粉给料仓稳压及作为煤粉管线的煤粉输送载气使用。透平为背压式，额定转速6000rpm，进口蒸汽压力3.8MPA，出口蒸汽压力0.9MPA。压缩机为整体齿轮式，入口流量89244kg/h。

1、 旋转机械振动分析简介

振动是大型旋转机械常见故障，对机组安全运行危害较大。振动同时也是设备的“体温计”，直接反映了设备安全运行状况。振动是一个动态变量，为完全描述一个振动信号，必须同时知道幅值、频率和相位这三个参数，称振动分析三要素。振动分析离不开转速，常使用与转动频率相等的频率，又称为工（基）频。采用信号分析理论中的快速傅立叶变换可以快速、方便地求出复杂振动信号中所含频率分量的幅值和相位。该过程称为频谱分析。通过频谱分析可知：其一，不同故障所对应的频率不同。例如：转子不平衡的故障频率为工频，气流激振和油膜振荡等故障的频率为低频，电磁激振等故障的频率为高频等。频率特征是故障判断的必要条件。某种故障必然具备相应的频率特征。因此，根据频谱分析结果可以对故障性质作一个初步、定性判断。其二，多种故障的频率特征具有很强的相似性，频率特征并不是故障判断的充分条件。例如，热变形、不平衡、共振、刚度不足、摩擦等故障的特征频率都是工频，仅根据频率特征无法将故障原因进一步定量细化。为了能确诊故障原因，振动分析必须结合过程参数和相关试验数据进行，突出相似故障之间的微小差别。

2、 二氧化碳压缩机透平异常振动原因分析及对策

2.1  暖机和保温对振动的影响

原因分析：透平由冷态第一次低速暖机过程中，由于因检修工作结束后，局部保温恢复的不完善，缸体各部位温升不均匀，既使靠近测温点的上下缸体温度达到允许升速的条件，但实际缸体整体未暖透，局部温度仍未达到，在升速过程中，透平前后轴的振动极易飘高。

对策：加强保温工程管理，具体包括核对保温设计说明中对保温材料的选择、保温结构型式及保温层厚度要求;对保温材料的检查，包括保温材料出厂的合格证书、化验报告、物理性能试验记录等;对透平保温施工进行全程监督，确保严格按照该机组保温设计所规定的要求进行，重点对各仪表测点、接线、阀门等的安全防护措施进行检查;加强保温施工的验收工作。对于冷态第一次启机，适当延长暖机时间。

2.2  轴封系统对振动的影响

原因分析：二氧化碳压缩机透平两侧轴封外侧泄漏蒸汽经由轴封抽气器抽引至轴封冷凝器冷凝后，设计为直排（0.88吨/小时）。由于该凝液为优质冷凝液，故需回收，增加常压冷凝液罐及冷凝液泵，用以将该股凝液并入公司低压蒸汽冷凝液管网。在使用过程中，由于偶发的冷凝液泵故障，冷凝液打不出去，导致凝液积满回收罐进而冒顶。此时，因为设备安装高度的原因（类似U型管原理），导致轴封凝液管线排放不畅，阻力增大进而凝液由透平转子两侧泄漏而出，导致透平转子局部温度变化，引发透平前后轴振动飘高。

对策：将冷凝液罐溢流口接管直排，在冷凝液泵发生故障时，冷凝液罐液位涨至最高允许液位之前，即行排出，不会导致轴封凝液排放不畅。

2.3  频繁开停车对振动的影响

原因分析：初始试车期间，上下游装置的工况波动或开停车经常导致机组频繁跳车或停车。并且该机组入口压力跳车联锁值范围较窄（小于1KPa或大于25KPa）。三台机组其中一台跳车，该跳车机组迅速卸载，两段防喘振阀立即打开，两段出口的高压CO2瞬间返回至压缩机入口，由于三台机组的入口管线是总管制，这直接导致了另外两台机组入口压力高高联锁跳车。这更增加了该机组跳车的次数。随后在一次启动1#机组过程中，一升速至额定转速，透平后轴振动即高高跳车，连续三次皆然，拆检轴承，发现后轴瓦巴氏合金疲劳碎裂。

对策：随着各装置试车阶段逐步过渡到稳定运行阶段，非计划停车及跳车次数渐少，二氧化碳压缩机组开停车次数亦相应渐少。另外，对于入口压力导致的跳车，一则通过在每台机组入口总管上各加装一台放空阀，即可保证一台机组跳车后，放空阀联锁打开，泄放多余压力;二则联锁增加跳车信号触发跳车机组入口阀门关闭，隔断高压气体进入总管，最大程度保障了运行机组入口压力的稳定。

2.4  转子不平衡对振动的影响

原因分析：3#机组试车期间透平前轴异常振动，转子存在一定程度的不平衡。

对策：经透平厂家调整转子平衡块后，情况改善明显。

2.5  润滑系统对振动的影响

原因分析：机组正常运行过程中透平前轴异常振动，定期油品分析发现，润滑油中水分超标，判断冷油器出现内漏，在停车时冷却水漏进油系统。

对策：润滑油系统接装滤油器在线滤油，前轴异常振动逐步平复。

2.6  蒸汽系统对振动的影响

原因分析：蒸汽管网8.7MPA减压至3.8MPA的减压阀故障，导致入口蒸汽温度最高涨至460℃（设计温度410℃），透平前轴高高跳车。

对策：减压阀更换定位器，定期维护。

3、 二氧化碳压缩机异常振动原因分析及对策

3.1  转子不平衡对振动的影响

原因分析：机组在背压较低的工况下，五级振动在启动过程中易飘高：压缩机为整体齿轮式，五、六级背靠背共同一根轴，该轴既小且轻，但转速最高，为32465rpm;转子重心与回转中心不重合时，高转速下，既使数值很小的质量偏心也会被放大，易导致振动飘高。

对策：缓慢提高背压后，轴会被压住，振动情况明显改善;在达到额定转速后，不做停留，尽快提高出口背压。

3.2  壓缩机负荷变动对振动的影响

原因分析：壳牌煤气化装置煤粉锁斗顺控下料过程中，煤粉锁斗定时充压，试车初期，充压阀门自动跟踪锁斗的压力而逐步开大，达到设定压力后逐渐收小开度，并且一套气化装置设置双系列煤粉下料系统，两个系列之间还会出现重叠用气充压的情况。即机组出口用气量总不稳定，也就是压缩机的负荷不稳定。这就造成，对应的机组振动情况也不稳定，不时出现振动随压缩机负荷正相关变动的情况。

对策：对气化装置煤粉锁斗充压阀门在充压时限定最大阀门开度;同时避免双系列下料系统重叠用气，采取上述措施后机组负荷较之前期显著改善。

结语：

大型旋转机械，如汽轮机、压缩机、风机、泵等，是石油化工行业的关键设备。振动是影响这些设备安全运行的重要因素。综上所述，虽然我公司三套二氧化碳压缩机组从试车到长周期稳定运行历尽坎坷，却从未出现过严重的设备振动故障。而我们需要的，仍然是将各种细致工作做到位，比方说找出各种偏离设计指标的因素，逐一进行分析解决，这才是装置机组长周期稳定运行的必要手段。

参考文献：

[1] 钱锡俊，陈弘.泵与压缩机

[2] 杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用

[3] 中华人民共和国国家标准-汽轮机保温技术条件

[4] 大唐多伦煤化工有限责任公司气化装置操作规程