離心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障及應(yīng)對措施探討

摘 要 離心式壓縮機(jī)是天然氣處理和輕烴上產(chǎn)等石油化工裝置不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備，一旦出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡、油膜振蕩、喘振等故障不僅會(huì)給油氣生產(chǎn)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的還會(huì)造成安全生產(chǎn)事故，因而維護(hù)離心式壓縮機(jī)安全、穩(wěn)定長周期運(yùn)行，業(yè)已成為油氣生產(chǎn)過程中不可忽視的重要課題?；诖耍恼聦﹄x心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障的特征及應(yīng)對措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 離心式壓縮機(jī)；振動(dòng)；轉(zhuǎn)子；油膜振蕩；喘振

中圖分類號：TH452 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0127-01

離心壓縮機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、流量大、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、排氣均勻、處理過程不受污染、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長、維修保養(yǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)中，是天然氣集輸和初加工的關(guān)鍵設(shè)備。保證離心壓縮機(jī)組的安全、平穩(wěn)可靠運(yùn)行，降低機(jī)組故障發(fā)生率及其帶來的事故風(fēng)險(xiǎn)，是實(shí)現(xiàn)天然氣處理和輕烴上產(chǎn)等經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)目標(biāo)的重要工作。其中，因壓縮機(jī)振動(dòng)始終處于或者高于上限臨界值引起的故障是導(dǎo)致機(jī)組配件損壞和壽命降低的主要原因之一，需要在生產(chǎn)運(yùn)行過程中準(zhǔn)確判斷引起振動(dòng)故障的因素，采取有效的防治措施。

1 引起離心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障的主要原因

1）轉(zhuǎn)子運(yùn)行不良造成壓縮機(jī)振動(dòng)故障。在壓縮機(jī)安裝、檢修過程中因裝配誤差、材料缺陷等問題造成離心式壓縮機(jī)振動(dòng)值升高以至于超過上限值，是引起機(jī)組振動(dòng)故障最為常見的原因，主要體現(xiàn)為轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良和轉(zhuǎn)子對中不良兩大故障。

①轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良加劇機(jī)組振動(dòng)。離心式壓縮機(jī)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，其轉(zhuǎn)子無可避免地要受到加工技術(shù)、裝配誤差及材料質(zhì)量不均勻等因素的影響，因而任何一個(gè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)子都無法實(shí)現(xiàn)絕對平衡，即便轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心線間的偏心距在可允許范圍內(nèi)，仍然會(huì)使用軸承因周期性離心力的干擾產(chǎn)生振動(dòng)。不僅如此，在壓縮機(jī)連續(xù)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，轉(zhuǎn)子不平衡會(huì)造成處理介質(zhì)中的粉塵顆粒在轉(zhuǎn)子上不均勻結(jié)垢，使原有不平衡問題進(jìn)一步惡化，同時(shí)長期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不僅處理氣體中的雜質(zhì)會(huì)對葉輪造成物理磨損，而且處理氣體中的化學(xué)物質(zhì)還會(huì)對葉輪造成化學(xué)腐蝕，致使葉片強(qiáng)度降低，而葉輪損壞后剝落的異物可能卡塞葉輪流道，進(jìn)而產(chǎn)生葉輪動(dòng)平衡不良，最終使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良問題進(jìn)一步惡化，使離心壓縮機(jī)組振動(dòng)隨之增大。②轉(zhuǎn)子對中不良加劇機(jī)組振動(dòng)。造成轉(zhuǎn)子對中不良的主要原因包括如下三方面：一是由于裝置設(shè)計(jì)建造時(shí)熱膨脹計(jì)算誤差較大從而導(dǎo)致壓縮機(jī)運(yùn)行劇烈振動(dòng)，進(jìn)而造成轉(zhuǎn)子不對中；二是壓縮機(jī)安裝和日后檢修時(shí)對中精度不高，導(dǎo)致壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)過高和機(jī)組基礎(chǔ)沉降不均勻；三是導(dǎo)向系統(tǒng)未鎖緊導(dǎo)致承載后變形。這三方面因素導(dǎo)致離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中引發(fā)各缸軸線之間對中不良的問題，進(jìn)而加大機(jī)組各缸體軸向和徑向的交變力，致使機(jī)組軸向和徑向振值隨之升高，同時(shí)振動(dòng)升高又會(huì)逐漸加重轉(zhuǎn)子不對中的問題，最終造成壓縮機(jī)組振動(dòng)過大和不對中問題同步加重，引發(fā)停機(jī)故障。

2）渦動(dòng)現(xiàn)象引發(fā)離心壓縮機(jī)振動(dòng)故障。油膜振蕩和喘振是由渦動(dòng)現(xiàn)象引發(fā)壓縮機(jī)振動(dòng)故障的兩種常見情況，前者是油膜渦動(dòng)引起，后者是由處理氣流渦動(dòng)引起。油膜振蕩主要是由油膜渦動(dòng)的油膜力引起的自激振動(dòng)，且一旦發(fā)生會(huì)使離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)提升，當(dāng)瞬時(shí)振幅突然升高帶動(dòng)局部油膜破裂時(shí)，會(huì)對軸承和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，損壞系統(tǒng)配件；喘振主要是由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降而出口壓力未下降或者壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力下降等造成入口管網(wǎng)阻力增大的因素引起壓縮機(jī)處理氣流量減小所造成的，當(dāng)處理氣流量突然減少時(shí)，會(huì)在壓縮機(jī)流道形成氣體渦動(dòng)，從而造成管網(wǎng)壓力高于出口壓力，而加之入口氣量受阻，所以會(huì)引發(fā)出口氣倒吸至壓縮機(jī)的現(xiàn)象，而當(dāng)?shù)沽骰貕嚎s機(jī)的入口氣使管網(wǎng)壓力降低時(shí)又會(huì)使整個(gè)流量被氣體旋渦區(qū)所占據(jù)，進(jìn)行形成壓力和流量周期性的脈動(dòng)，使壓縮機(jī)組產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。

2 離心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障的防治及應(yīng)對措施

1）加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，準(zhǔn)確辨別轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)不良的特征。由于振動(dòng)引發(fā)離心式壓縮機(jī)組故障停機(jī)并不是一蹴而就的，而是在長時(shí)間振動(dòng)升高的過程中逐漸對機(jī)組造成更大的危害，因而除了要安裝和不斷更新DCS等動(dòng)態(tài)監(jiān)測控制系統(tǒng)，利用控制系統(tǒng)加強(qiáng)對壓縮機(jī)組關(guān)鍵位置各項(xiàng)振動(dòng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測之外，還必須掌握離心壓縮機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子對中和動(dòng)平衡不良問題時(shí)呈現(xiàn)出來的特征，如此不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)組存在轉(zhuǎn)子對中和動(dòng)平衡不良的問題，進(jìn)而加以關(guān)注和預(yù)防，而且當(dāng)控制面板上顯示機(jī)組振動(dòng)值過高時(shí)，能夠快速排除其他原因，將問題準(zhǔn)確鎖定在轉(zhuǎn)子對中或動(dòng)平衡問題上，進(jìn)而加快維修速度，使壓縮機(jī)組第一時(shí)間從停機(jī)恢復(fù)運(yùn)行，減少停產(chǎn)損失。

依據(jù)油膜壓力和振值兩項(xiàng)指標(biāo)是最為常用的判斷轉(zhuǎn)子對中不良的方法：①當(dāng)離心壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，要密切關(guān)注動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)軸承油膜壓力指標(biāo)的變化，軸徑與軸承下半的內(nèi)表面間隙減與該指標(biāo)呈反比，當(dāng)壓力值持續(xù)增大或者減小時(shí)，說明間隙隨之減小或者增大，軸承對中不良；②密切觀察動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的振動(dòng)數(shù)值，當(dāng)軸向或者徑向振動(dòng)數(shù)值持續(xù)升高時(shí)，要及時(shí)測量相位，判斷是否存在轉(zhuǎn)子對中不良情況。

2）采取防腐處理措施，減少葉輪沖刷及腐蝕。為了防止葉輪動(dòng)平衡不良現(xiàn)象的發(fā)生，需要對級間換熱器內(nèi)壁和級間管線內(nèi)壁實(shí)施有效防腐措施，例如不銹鋼噴鍍法等，從而加強(qiáng)葉輪抗沖刷和耐腐蝕的能力，防止葉輪在長周期運(yùn)行過程中因電化學(xué)腐蝕和處理介質(zhì)中的雜志顆粒帶來的磨損引發(fā)轉(zhuǎn)子不平衡問題。同時(shí)在機(jī)組保養(yǎng)和檢修時(shí)必須定期對進(jìn)氣管道、級間管道和冷卻器外殼及內(nèi)部的污垢進(jìn)行徹底清除。

3）采取有效措施避免油膜渦動(dòng)和氣流渦動(dòng)危害發(fā)生。避免油膜渦動(dòng)產(chǎn)生油膜振蕩，首先要使離心壓縮機(jī)在長期持續(xù)運(yùn)行過程中避免在一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍附近運(yùn)轉(zhuǎn)，使之無法進(jìn)入油膜共振區(qū)；其次，通過增加軸瓦工作面上單位面積所承受的載荷來使油膜更趨于穩(wěn)定；再次，通過將軸瓦預(yù)負(fù)荷維持在正值以及減小軸承間隙，來增大偏心距，從而提升離心壓縮機(jī)油膜共振轉(zhuǎn)速區(qū)間，當(dāng)壓縮機(jī)正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)速難以達(dá)到共振區(qū)間時(shí)便可以有效避免油膜振蕩的發(fā)生。

避免氣流渦動(dòng)產(chǎn)生喘振可以采取如下三種措施：一是降低運(yùn)行速度，可使出口壓力隨之降低的同時(shí)減少而不致進(jìn)入喘振狀態(tài)；二是設(shè)出口旁路將多出的氣量重新返回機(jī)組處理氣入口，通過防止氣量減少來避免喘振；三是定期檢查壓縮機(jī)氣體出入口動(dòng)態(tài)監(jiān)測儀表的工作狀態(tài)，確保防喘振與報(bào)警聯(lián)鎖或與緊急停車聯(lián)動(dòng)的有效性。

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作者簡介

張鼎成（1986-），男，黑龍江大慶肇源縣人，助理工程師，畢業(yè)于東北石油大學(xué)，研究方向：設(shè)備安裝。endprint