百萬噸乙烯壓縮機(jī)試車中結(jié)構(gòu)改進(jìn)及測(cè)試性能方案的調(diào)整

王永杰 王興偉 宋健 于凱 董友/沈陽鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司

百萬噸乙烯壓縮機(jī)試車中結(jié)構(gòu)改進(jìn)及測(cè)試性能方案的調(diào)整

王永杰 王興偉 宋健 于凱 董友/沈陽鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司

0 引言

百萬噸乙烯裝置用離心壓縮機(jī)機(jī)組是由兩缸3MCL806與3BCL527離心壓縮機(jī)和潤(rùn)滑油站等組成。壓縮機(jī)有五段十三級(jí)，軸端密封采用干氣密封。通過對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)裝配中所涉及到相關(guān)影響機(jī)組性能參數(shù)的零件、測(cè)試元件結(jié)構(gòu)改進(jìn)，對(duì)性能施工試驗(yàn)方案的不合理要求進(jìn)行修改，確保機(jī)組性能試驗(yàn)有效順利提供技術(shù)工藝保障。

1 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、振動(dòng)故障分析和結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1.1 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)

1）低壓缸經(jīng)過半年裝配、找正于2011年1月8日上午10點(diǎn)試車，按照API要求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，振動(dòng)值1V1=5μm、1V2=6.5μm、1V3=15.1μm、1V4=14μm；試車合格，軸承溫度最大79℃，最小63℃，滿足API要求。

2）高壓缸經(jīng)過2個(gè)多月的裝配、找正，并多次試車后，最后一次試車在2010年9月18日，按照API要求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，振動(dòng)值2V1=7μm、2V2=9μm、2V3=13.1μm、2V4=11.5μm；試車合格，軸承溫度最大73℃，最小64℃，滿足API要求。

3）由于該產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場(chǎng)是兩缸連動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以在對(duì)上述兩缸分別試車合格后進(jìn)行兩缸連動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)4小時(shí)左右。低壓缸振動(dòng)值1V1=7.5μm、1V2=8μm、1V3=16.1μm、1V4=11.5μm；試車合格。軸承溫度最大78℃，最小67℃，滿足API要求。高壓缸機(jī)組振動(dòng)值2V1= 4.8μm、2V2=8.2μm、2V3=12.1μm、2V4=14.5μm；試車合格，軸承溫度最大73.8℃，最小61.4℃，滿足API要求。

因該機(jī)組的介質(zhì)是乙烯，屬于低溫介質(zhì)，故對(duì)轉(zhuǎn)子軸和葉輪的材質(zhì)及機(jī)械性能要求非常嚴(yán)格，其轉(zhuǎn)子部件選擇的材料是低溫材料，為使高、低壓缸轉(zhuǎn)子在高速動(dòng)平衡時(shí)盡可能地達(dá)到動(dòng)平衡精度要求，保證后序機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，對(duì)高、低缸轉(zhuǎn)子反復(fù)進(jìn)行了高速平衡及穩(wěn)定處理試驗(yàn)，最終達(dá)到轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定，得到了用戶的檢驗(yàn)認(rèn)可。

4）該機(jī)組轉(zhuǎn)子在整個(gè)裝配和試車處理中的要點(diǎn)有：相位初始角，殘余不平衡量值的控制，殘余應(yīng)力的釋放，轉(zhuǎn)子熱敏的處理，電跳區(qū)的電跳值，探頭套管使用的結(jié)構(gòu)處理，軸瓦間隙的檢測(cè)，軸承壓蓋接觸面的檢查，聯(lián)軸器找正距離的確定及預(yù)拉伸值等問題的檢查。

5）轉(zhuǎn)子試車過程中注意事項(xiàng)：由于該機(jī)組轉(zhuǎn)子（包括軸和葉輪）材質(zhì)的特殊性，在整個(gè)試車過程當(dāng)中，為保證機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性要求，憑借著多年試車經(jīng)驗(yàn)在每次試車時(shí)對(duì)高、低壓缸的轉(zhuǎn)子采取分段升速，即高、低壓缸轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速升速過程分別在其臨界轉(zhuǎn)速前、后再加500r/min，觀察各轉(zhuǎn)子振動(dòng)值及軸承瓦溫是否穩(wěn)定。如穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘再升速1 000r/min，以此類推，直至達(dá)到實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速，觀察振動(dòng)值及軸承瓦溫是否穩(wěn)定及合格。

當(dāng)時(shí)用戶在現(xiàn)場(chǎng)參與了試車并提出試車過程中的一些要求，對(duì)此逐一進(jìn)行了檢驗(yàn)。例如：在升速過程中按階梯式升速。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)如下：高缸：一階轉(zhuǎn)速3 502r/min；低缸：一階轉(zhuǎn)速2 730r/min；最大連續(xù)轉(zhuǎn)速6 308r/min。超轉(zhuǎn)6 939r/min?？刂七M(jìn)油溫度在35～45℃之間、回油溫度68℃以下，兩缸機(jī)殼溫度被控制在56～64℃，滿足API技術(shù)試車要求。

1.2 機(jī)組振動(dòng)故障分析

機(jī)組在試車中出現(xiàn)的振動(dòng)故障，拆檢后發(fā)現(xiàn)低壓缸有4個(gè)葉輪口圈及相對(duì)應(yīng)的軸封直徑有不同程度的磨損，通過查閱多次試車過程的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的電腦記錄進(jìn)行對(duì)比，從頻譜跟蹤、形心軌跡、鍵相位等相關(guān)參數(shù)對(duì)比顯項(xiàng)分析，雖然前、后振動(dòng)值在合格范圍內(nèi)，但振動(dòng)值時(shí)有波動(dòng)，即：主頻、分?jǐn)?shù)諧波都存在時(shí)域波型有削波現(xiàn)象，振動(dòng)不穩(wěn)定。懷疑轉(zhuǎn)子與密封之間有磨擦現(xiàn)象。后經(jīng)停車拆檢這4個(gè)葉輪口圈，軸封處都有輕微磨擦刮痕，該情況得到驗(yàn)證。處理后再次進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)。將轉(zhuǎn)子振動(dòng)速度降到1.0mm/s以下合格。

接下來對(duì)低壓缸機(jī)組重新復(fù)裝、連接高壓缸校正試車，其振動(dòng)值都比第一次下降很多，其振動(dòng)值為1V1=6.9um、1V2=8.2um、1V3=16.1um、1V4=11.5um；試車合格，軸承溫度最大82℃，最小69℃，滿足API要求。

1.3 機(jī)組結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

在整個(gè)機(jī)組性能試驗(yàn)的過程中，由于結(jié)構(gòu)和功率大的原因，采用高壓缸和低壓缸分別性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果高壓缸測(cè)試的性能參數(shù)基本滿足設(shè)計(jì)參數(shù)要求；而低壓缸測(cè)試的性能參數(shù)不能滿足設(shè)計(jì)參數(shù)要求。

1）對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了解體檢查，對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙逐個(gè)檢查轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)隔板位置、無葉擴(kuò)壓器寬度、各段葉輪口圈密封及軸封間隙都沒有發(fā)現(xiàn)異常，各項(xiàng)檢驗(yàn)的參數(shù)都符合設(shè)計(jì)要求。

2）設(shè)計(jì)部對(duì)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新計(jì)算檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)問題。處理要點(diǎn)：對(duì)部分葉輪和隔板進(jìn)行調(diào)整。

3）為保證性能試驗(yàn)參數(shù)的準(zhǔn)確性，在做性能試驗(yàn)時(shí)需要及時(shí)測(cè)試機(jī)殼內(nèi)的各段、各級(jí)的氣體壓力、溫度值。為使壓力、溫度探針在機(jī)殼內(nèi)把合的牢固性，結(jié)合其測(cè)試元件的使用性能修改了原設(shè)計(jì)固定卡子的把合方案，使其固定卡子更牢固實(shí)用，還不影響性能測(cè)試要求。經(jīng)過整個(gè)性能試驗(yàn)后拆檢，結(jié)果該固定卡子、壓力傳感器、測(cè)溫度探針均沒有損壞。

2 性能試驗(yàn)管路的安裝施工及改進(jìn)

在管路施工鋪設(shè)時(shí)，首先要考慮高低缸主機(jī)的試車位置，相應(yīng)測(cè)試性能所需的元件（電機(jī)、耦合器、變速機(jī)、氣體冷卻器、孔板、閥門等元件），同時(shí)要考慮試車元件的參數(shù)來滿足實(shí)驗(yàn)要求，還要考慮試車過程中的金屬受熱變化而引起的線性熱膨脹量、機(jī)組找正精度及按聯(lián)軸器的技術(shù)要求進(jìn)行找正。

2.1 性能試驗(yàn)管路的安裝施工

1）高壓缸性能試驗(yàn)的工藝管路是一進(jìn)一出，外加一補(bǔ)加氣管路；相當(dāng)于兩個(gè)回路，見圖1。

圖1 乙烯壓縮機(jī)廠內(nèi)氣動(dòng)性能試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)圖（高壓缸）

整個(gè)回路在3個(gè)孔板前后各有1個(gè)差壓點(diǎn)和2個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。為了保證生產(chǎn)進(jìn)度及產(chǎn)品交貨期時(shí)間和試車性能管路順利施工完成，對(duì)圖紙認(rèn)真審閱并嚴(yán)格制定施工方案。

先確定主機(jī)找正的位置，分別將主機(jī)垂直風(fēng)口管路、法蘭和膨脹節(jié)焊在其管路上，將氣體冷卻器置于其相應(yīng)位置上，并從氣體冷卻器進(jìn)、出口預(yù)制管路，與主機(jī)風(fēng)口管路相聯(lián)接。還分別將3個(gè)閥門、3個(gè)孔板、一個(gè)加氮?dú)忾y門和一個(gè)放空閥及一個(gè)抽真空閥門安裝在相應(yīng)位置上。

2）其次，低壓缸性能管路走向比高壓缸性能管路施工鋪設(shè)回路復(fù)雜，它是另一種試驗(yàn)形式結(jié)構(gòu)，面對(duì)設(shè)計(jì)圖紙分析低壓缸為3段，由一個(gè)總進(jìn)口、一個(gè)總出口、兩個(gè)加氣口和一個(gè)抽氣口的特殊結(jié)構(gòu)組成，相當(dāng)于三個(gè)回路。整個(gè)回路中，在4個(gè)風(fēng)口接管路上各有4個(gè)取壓點(diǎn)和測(cè)溫點(diǎn)，特別是在機(jī)殼內(nèi)還有8個(gè)取壓點(diǎn)和測(cè)溫點(diǎn)，在3個(gè)孔板前后各有1個(gè)差壓點(diǎn)和2個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，見圖2。

圖2 乙烯壓縮機(jī)廠內(nèi)氣動(dòng)性能試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)圖（低壓缸）

2.2 性能試驗(yàn)管路工藝性改進(jìn)

在試驗(yàn)中考慮管路線性熱膨脹量的影響增加彈簧支座用于出風(fēng)口管路垂直段下方以緩解管路線性熱膨脹量，避免機(jī)組機(jī)殼試車振動(dòng)，同時(shí)在進(jìn)出氣管路口分別增加開式管路用于吹掃需求。將管路避開障礙物，打開閥門開始進(jìn)行吹掃，之后將管路聯(lián)接一個(gè)閉式循環(huán)管路體。

由于該產(chǎn)品使用的是低溫介質(zhì)，根據(jù)在廠內(nèi)現(xiàn)有的條件決定使用介質(zhì)N2，純度要求98％以上。在性能試驗(yàn)時(shí)，為保證安全對(duì)管道進(jìn)行焊縫X光透視和充氮?dú)獯蛘龎毫υ囼?yàn)，其壓力值為10MPa，以檢查管路和法蘭是否有泄漏現(xiàn)象。如無泄漏現(xiàn)象可以對(duì)管路進(jìn)行抽真空檢驗(yàn)，真空度達(dá)到-0.008 5MPa。利用管道內(nèi)真空度負(fù)壓的特性，打開管道的進(jìn)氣閥將氮?dú)馕牍艿纼?nèi)，再逐漸提高到正壓力0.3MPa。

在進(jìn)行性能試驗(yàn)過程中，逐漸對(duì)管道氣體介質(zhì)進(jìn)行加壓，調(diào)整各閥門開度，注意各管道壓力在每次加壓的平衡點(diǎn)（轉(zhuǎn)速、壓力、流量、閥門開度和氣體溫度等相關(guān)參數(shù)），以滿足性能試驗(yàn)要求。在性能試驗(yàn)管道內(nèi)氣體壓力增加至3.5MPa左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)垂直和水平管路隨著管道內(nèi)的壓力增加其管路有部分顫抖，為保證試驗(yàn)的安全性，確保后續(xù)試驗(yàn)的壓力及流量的穩(wěn)定，決定對(duì)機(jī)組停車檢查在相應(yīng)位置管路上增加固定的加強(qiáng)筋。通過調(diào)整再次試車時(shí)管路顫抖現(xiàn)象消失了。

3 結(jié)論

在整個(gè)性能試驗(yàn)過程中所測(cè)得各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，高、低缸主機(jī)振動(dòng)值和軸承溫度符合API標(biāo)準(zhǔn)要求。主頻頻譜穩(wěn)定，試車升速過程沒有凸現(xiàn)異常。

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通過對(duì)3MCL806與3BCL527乙烯壓縮機(jī)裝置的振動(dòng)故障原因分析，詳細(xì)闡述了離心式壓縮機(jī)振動(dòng)形式、機(jī)械原理以及各種振動(dòng)現(xiàn)象的頻譜特征，并對(duì)機(jī)組振動(dòng)原因給出了正確的分析結(jié)果。同時(shí)介紹了壓縮機(jī)性能試驗(yàn)的系統(tǒng)管路及試驗(yàn)改進(jìn)方案。

離心式壓縮機(jī)；振動(dòng)；溫度；喘振；頻譜；性能試驗(yàn)

StructureImprovementand Performance Test Case Adjustment of the Megaton Ethylene Compressor

Wong Yongjie,Wang Xingwei,Song Jian,Yu Kai Dong You/shen yang Blower Works Group Corporation

centrifugalcompressor; vibration;temperature;surge;spectrum; performance test

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）06-0089-04

10.16492/j.fjjs.2015.06.14068

2015-09-01遼寧沈陽110869

Abstract:Based on the analysis of vibration reason of the 3MCL806 and 3BCL527 ethylenecompressor,elaboratedthe spectrumcharacteristicsofcentrifugal compressorvibrationform,mechanical principle and various vibration phenomenon was introduced,and the correct analysis results of the causes of unit vibration was given.Componentmountingandthe requirements of pipeline construction in the performancetesthadbeenadjusted.