探究火炬气螺杆压缩机振动故障及改造

王亮

（大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163714）

螺杆压缩机，属于回转式机械，主要用于对气体进行压缩、输送，在对湿、脏、腐蚀性和易聚合等工艺气体进行压缩时，不易出现操作问题，广泛应用于石油化工领域。我国的火炬气螺杆压缩机实现了对排气压力和可靠性的提高，并实现了对容积流量的增加，但其轴封性能仍有待提高。本文结合相关案例，对振动数据进行系统采集，并对机械密封开展有效检修，在此基础上，对振动故障的具体原因进行归纳总结，并探究解决方法以增强整改效果。

1 案例概况

通常，通过火炬气螺旋压缩机对火炬气进行回收排放，对燃料气管网输送火炬气，能实现对能源的有效节约，并防止发生污染。火炬气的来源，主要是各类炼油装置，诸如常减压装置、催化装置、焦化装置、加氢装置等。火炬气成分复杂，包含各类颗粒性杂质，诸如硫磺、焦炭等。火炬气螺旋压缩机组具有苛刻的运行条件：工艺气体含有复杂的成分、需长期保持连续运转、需联合管网系统开展工作、管网系统具有复杂多变的工况。为保障火炬气螺旋压缩机实现可靠稳定运行，要加强对振动故障的有效改造。某企业车间对3台螺杆压缩机进行并联，据此组成火炬螺杆压缩机，其管道系统主要包括如下内容：气体通过进气总管路，分别进入3台压缩机各自的进气分支管路，并从入口膨胀节，分别对螺杆压缩机各自的进气腔进行进入，进而完成压缩升压；在此基础上，气体经由排气腔，从出口膨胀节以及排气分支管路，实现对直径300mm排气总管路的进入，最终实现对管网的进入。为减少二转子间和转子与壳体之间发生气体泄漏，在压缩机运行过程中，将适量润滑油喷入工作腔内，促进气密性实现有效提高，并实现对齿面的有效润滑，降低噪声以及排气温度。该压缩机组具有较大的噪声，其机械密封多次出现泄漏，密封泄漏超标明显，使用寿命较短，且漏油量较大，呈现出严重的摩擦副磨损，裂纹出现于动环销孔处。拆卸压缩机后，可见阴阳转子存在程度不同的磨损。

2 故障分析

在实际中，存在诸多原因，均可导致螺杆压缩机出现振动故障和机械密封泄漏。一般情况下，可从设备本身和工艺系统上，对故障原因进行查找。通过振动专用测试设备，对螺杆压缩机实施规范的振动测量，并针对阴阳转子，从水平方向、轴向和垂直方向，开展振动采集。采集结果显示，吸气端相应的垂直方向，呈现出最大的振动值，明显比水平方向和轴向的振动值要高。对阴转子吸排两端在垂直方向上呈现出的振动值进行比较，可知，阴转子吸端在垂直方向呈现的振动值相对大于阴转子排端在垂直方向呈现的振动值。上述结果契合于对现场机械密封进行维修形成的记录。对现场机组振动频率进行分析，并以此为依据，可知压缩机组相应的振动频率呈现出较散分布，呈现出明显的气脉流动特点，对该现象原因进行分析，可得出如下内容：

（1）对3台压缩机组而言，其入口管线与总管之间存在的相关管线在走向上各不相同，存在的弯头数量较多，对每台压缩机而言，其入口阻力损失各不相同。对此，多台压缩机同时开展工作，在这种情况下，可能造成总管缺乏足够的气体缓冲，形成“抢气”现象，外在表现即是3台压缩机组呈现出不同的入口压力。根据现场监测形成的数据可知，3台压缩机组在保持同时工作的状态下，分别呈现出2.85kPa、1.96kPa、2.19kPa的入口压力，且出现气流脉动。

（2）压缩机组在实施试车的实际过程中，形成的最大振动值比7.1mm/s要低，产生的噪声相对较小，试车运行保持平稳后，采用火炬气，机组形成明显的振动增大现象，其原因可能是由于工作介质。

根据气流模拟结果可知，当入口流量出现减少时，螺杆压缩机进入排气强的气流速度缺乏稳定性，产生旋涡较多。对其压力分布进行分析，气流缺乏良好的稳定性，在旋涡附近，形成了一定的压力降，在机器进出口，产生了压力脉动，进而导致机组振动。

将搜集的现场数据作为分析依据，并对仿真计算形成的结果进行综合分析，获取结论主要如下：机组发生振动，并出现机封失效，其原因主要在于气流脉动。入口气量相对较低，同时，入口出现气量脉动，在这种情况下，机组运时转子出现频繁的轴向力变化，呈现出较大的轴向力，将引发下列情况：（1）阴阳转子间实际存在的间隙相对减小，对转子面造成磨损；（2）机械密封动静环之间的力变化频繁，引发的摩擦副磨损较为严重，在动环销孔处，出现了一些裂纹。

3 改造措施

在上述分析的基础上，对振动故障进行解决，应对存在与压缩机相应的入口管道的气流脉动实施有效消除，并对密封进行有效改造，主要可对如下措施进行运用：（1）针对压缩机，对其入口总管，增加其直径，据此增大其缓冲能力，并减少存在于入口处的气流脉动；（2）针对总管道压缩机，减少存在于其入口的弯头，对入口阻力降进行控制，对小气流脉动形成的影响进行降低；（3）控制机组实际的排气温度，通常控制在65℃，适当对喷液量进行减少，避免液体扰动过多影响机组振动；（4）摒弃机械密封，将干气密封作为替代品。在特定工艺下，进气管路的实际组分以及火炬气介质流量，会出现一定程度的变动，导致气流脉动以及机械密封腔压力产生的变化较大，将干气密封实际运行状况作为依据，将机械密封摒弃，替代使用干气密封，良好实现对入口处存在的气流脉动的适应。对干气密封而言，其螺旋槽仅能实施单向旋转，其气膜刚度相对较大，在工艺波动过程中，轴窜现象会导致存在于气密封摩擦之间的间隙减小，并增大动压槽相应的反力，在摩擦副间，其气膜刚度会出现增强，能有效克服闭合力，并防止摩擦副间形成接触，能保障机组内压缩实现稳定良好的长期运行。在干气密封实际运行的过程中，仅有微量氮气发生泄漏，能保障工艺气体实现零泄漏，并增强其安全性。摩擦副之间呈现为非接触，具有较小的功率损耗，能实现对密耗运行成本的有效降低。将氮气作为密封气，能避免密封油污染环境和工艺，能实现对现场环境的有效改善。

按照上述措施，对压缩机组进行改造后，获取阴转子吸端在垂直方向上形成的振动值，并与机组改造前阴转子吸端在垂直方向上形成的振动值进行对比，可知机组改造后，阴转子吸端在垂直方向上形成的振动值明显比改造前阴转子吸端在垂直方向上形成的振动值要小，且明显减少了现场噪声，机组实现了平稳运行。对机组进行改造之后，机组振动故障消除，且未再出现泄漏。火炬气螺杆压缩机保持长期平稳运行后，大量回收了火炬气，有效降低了污染和噪声，取得了良好的环保效益。

4 结语

综上所述，对于火炬气螺杆压缩机振动故障，实施振动及频谱分析，并开展流体有限元仿真计算，据此对故障原因进行分析，并形成解决方案加以改造。对机组进行改造后，机组能实现平稳运行，并减小噪声，实现零故障，使得压缩机组振动故障得到良好解决。