渣油加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)振動(dòng)超標(biāo)停機(jī)原因分析

吳海利，于 月

（中化泉州石化有限公司，福州泉州362103）

1 引言

渣油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)是裝置的核心設(shè)備，是否能夠長(zhǎng)周期運(yùn)行，直接關(guān)系到整個(gè)裝置的可靠性。離心式壓縮機(jī)一次意外停機(jī)大修，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失巨大，不僅影響到本裝置，還會(huì)影響到全廠加工和盈利能力，一次意外停機(jī)大修，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)一千萬(wàn)元。本文通過(guò)對(duì)開(kāi)機(jī)過(guò)程中發(fā)生的故障進(jìn)行數(shù)據(jù)和現(xiàn)象分析，準(zhǔn)確的判斷故障原因，避免類(lèi)似的故障再次發(fā)生，對(duì)于以后的操作以及其他加氫離心機(jī)的操作具有借鑒意義。

2 機(jī)組情況概述

某用戶渣油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)位號(hào)2315-K101Ⅱ，型號(hào)為BCL459/B，軸功率3230 kW；壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子總長(zhǎng)1795.5 mm，軸承處軸徑φ90 mm，兩軸承中心距1410 mm，重量297 kg；壓縮機(jī)第一階臨界轉(zhuǎn)速4442 r/min，最大連續(xù)轉(zhuǎn)速11944 r/min。轉(zhuǎn)子軸向串量0.30 mm。驅(qū)動(dòng)機(jī)為背壓式汽輪機(jī)，型號(hào)為NG32/25。

3 故障發(fā)生過(guò)程

2018年1月11日，機(jī)組大檢修后首次開(kāi)機(jī)，汽輪機(jī)在1380 r/min進(jìn)行低速暖機(jī)、3000 r/min高速暖機(jī)過(guò)程中，壓縮機(jī)振動(dòng)和干氣密封放火炬流量平穩(wěn)，都在正常范圍內(nèi)。暖機(jī)后轉(zhuǎn)速升至一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)后壓縮機(jī)振動(dòng)開(kāi)始快速上升，轉(zhuǎn)速升至4946 r/min時(shí)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng)分別顯示為100 μm（滿量程） 和95 μm，達(dá)到振動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)值。

隨后，壓縮機(jī)干氣密封一級(jí)密封氣排放流量由正常值為26.8 Nm3/h開(kāi)始急速上升，1 min內(nèi)升至58.4 Nm3/h，超過(guò)高報(bào)警值（46.0 Nm3/h），然后繼續(xù)上升至85.0 Nm3/h，超過(guò)聯(lián)鎖停機(jī)值，導(dǎo)致機(jī)組聯(lián)鎖停車(chē)。

經(jīng)查看監(jiān)測(cè)趨勢(shì)曲線，壓縮機(jī)軸位移從-0.241 mm變?yōu)椋?.248 mm，變化量為0.489 mm。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng)上升到54.30 μm和57.35 μm，超過(guò)了高報(bào)警值。

在壓縮機(jī)跨越一階臨界區(qū)過(guò)程中，壓縮機(jī)軸振動(dòng)值和干氣密封一級(jí)密封氣排放量在短暫時(shí)間內(nèi)均達(dá)到聯(lián)鎖停機(jī)值導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。

表1 2315-K101Ⅱ壓縮機(jī)開(kāi)機(jī)過(guò)程參數(shù)記錄

4 原因分析

故障發(fā)生后，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)兩側(cè)支撐軸瓦磨損；非驅(qū)動(dòng)端止推瓦塊存在不同程度磨損；干氣密封和級(jí)間迷宮密封磨損；葉輪外緣在同一側(cè)均出現(xiàn)3/16外圓弧長(zhǎng)的磨損；汽輪機(jī)軸瓦、轉(zhuǎn)子無(wú)異常。由此初步判斷，該故障是由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和隔板密封瞬間摩擦，造成葉輪和軸瓦等部件磨損。

經(jīng)查DCS記錄，在實(shí)際開(kāi)機(jī)前，壓縮機(jī)機(jī)體及前后相鄰管路內(nèi)充滿2.2 MPa的氮?dú)?，出口切斷閥后管路內(nèi)為常壓，管線直徑DN250，長(zhǎng)度約100 m。由于出口切斷閥門(mén)突然全開(kāi)，導(dǎo)致了出口迅速泄壓，引起壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)，在8 s內(nèi)壓縮機(jī)帶著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由0升至810 r/min。

壓縮機(jī)升速有明確的相關(guān)要求，正常要求：從0～810 r/min，需要用時(shí)90 s。而實(shí)際用時(shí)僅僅8 s。氣體進(jìn)入對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子直徑約φ170mm，長(zhǎng)度40 mm，經(jīng)估算：轉(zhuǎn)子受到一個(gè)指向出口的2.2～4.5 kN軸向力，最大扭矩值650 N·m，轉(zhuǎn)子在靜止?fàn)顟B(tài)，瞬間受到2.2～4.5 kN的軸向力的沖擊。在此過(guò)程中，壓縮機(jī)各級(jí)葉輪處，即發(fā)生氣體膨脹，同時(shí)由于發(fā)生旋轉(zhuǎn)，各級(jí)葉輪同時(shí)對(duì)氣體壓縮，同時(shí)的壓縮和膨脹，轉(zhuǎn)子的軸心線發(fā)生扭曲，很可能導(dǎo)致軸變形彎曲。

從磨損情況看，軸瓦位置磨損較輕微，支撐軸瓦頂間隙為0.175 mm，振動(dòng)雖然超過(guò)量程100 μm，實(shí)際的振幅應(yīng)該在200 μm左右；氣封位置磨損嚴(yán)重，從磨損程度判斷轉(zhuǎn)子振幅約5 mm。意味著由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子彎曲在殼體內(nèi)甩動(dòng)，造成轉(zhuǎn)子葉輪沿軸向同一弧面出現(xiàn)偏磨。

從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)角度，分析轉(zhuǎn)子的特性。

轉(zhuǎn)子內(nèi)激勵(lì)不平衡響應(yīng)曲線如圖1。

從葉輪的磨損位置和圓弧長(zhǎng)度，軸跳動(dòng)數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)曲線，可以看出，是由于轉(zhuǎn)子彎曲引起的動(dòng)平衡輕微破壞，在臨界轉(zhuǎn)速的振動(dòng)敏感區(qū)域，轉(zhuǎn)子非支撐部位振動(dòng)急劇增加導(dǎo)致的振動(dòng)超標(biāo)。

表2 壓縮機(jī)工藝參數(shù)

圖1 轉(zhuǎn)子內(nèi)激勵(lì)不平衡響應(yīng)曲線

5 處理措施

對(duì)轉(zhuǎn)子徑向跳動(dòng)超標(biāo)部位進(jìn)行了加工，使轉(zhuǎn)子各部位跳動(dòng)值在合格范圍內(nèi)，重新進(jìn)行了高速動(dòng)平衡，動(dòng)平衡精度等級(jí)為ISO1940-2003 G1.0。更換干氣密封、氣封和軸瓦等損壞部件，2018年1月18日完成回裝后一次開(kāi)車(chē)成功。

6 結(jié)論

由于操作人員誤操作，出口反飛動(dòng)閥誤操作瞬間全開(kāi)，后續(xù)管線容積較大，導(dǎo)致了出口迅速泄壓，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子受到非正常沖擊。應(yīng)加強(qiáng)培訓(xùn)，提高工藝操作人員異常情況時(shí)分析問(wèn)題和處理問(wèn)題能力，使崗位人員能掌握操作技術(shù)要領(lǐng)和異常情況緊急采取得當(dāng)措施，保護(hù)設(shè)備。

壓縮機(jī)各級(jí)葉輪處，即發(fā)生氣體膨脹，同時(shí)由于發(fā)生旋轉(zhuǎn)，各級(jí)葉輪同時(shí)對(duì)氣體壓縮，同時(shí)的壓縮和膨脹，轉(zhuǎn)子的軸心線發(fā)生扭曲。