離心壓縮機(jī)實(shí)際一階臨界轉(zhuǎn)速值的確定

高松林

（四川石化有限責(zé)任公司，四川彭州611930）

離心壓縮機(jī)實(shí)際一階臨界轉(zhuǎn)速值的確定

高松林

（四川石化有限責(zé)任公司，四川彭州611930）

四川石化渣油加氫裝置2臺(tái)離心壓縮機(jī)在單機(jī)試運(yùn)時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速低于一級(jí)臨界轉(zhuǎn)速VIA8220、VIA8221兩點(diǎn)振動(dòng)明顯加大。分析認(rèn)為壓縮機(jī)振動(dòng)增大是因?yàn)閴嚎s機(jī)處于臨界區(qū)域且實(shí)際一階臨界轉(zhuǎn)速低于廠家給定的4369 r/min造成，因此有必要需通過實(shí)驗(yàn)確定離心壓縮機(jī)的真正一級(jí)臨界值，以使離心壓縮機(jī)能快速越過臨界區(qū)域避免出現(xiàn)振動(dòng)加大對(duì)設(shè)備造成損壞。

離心壓縮機(jī)；振動(dòng)；一階臨界轉(zhuǎn)速

1　引言

四川石化300×104t/a渣油加氫反應(yīng)采用雙系列工藝。裝置2臺(tái)離心壓縮機(jī)，分別作為2個(gè)系列的循環(huán)氫壓縮機(jī)，與背壓式汽輪機(jī)整體組裝在一個(gè)共用底座上。本次試運(yùn)行的目的是考核機(jī)組在空負(fù)荷及氮?dú)夤r下運(yùn)行情況。檢查機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)工況是否正常可靠；潤滑油系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常；干氣密封系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常；調(diào)速控制性能是否正常；機(jī)組各部軸瓦溫度、振動(dòng)、位移情況；機(jī)組各項(xiàng)聯(lián)鎖自保是否準(zhǔn)確、靈敏、正常；機(jī)組各監(jiān)視儀表是否靈活好用；壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)是否好用。發(fā)現(xiàn)試運(yùn)過程中的問題并及時(shí)得到處理。

2　離心壓縮機(jī)在加氫裝置中的重要作用

由于加氫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，增加反應(yīng)溫度可以加快反應(yīng)速度，并釋放大量的反應(yīng)熱。如果不將反應(yīng)熱及時(shí)排除，將導(dǎo)致熱量積聚，反應(yīng)床層溫度驟然上升，出現(xiàn)“飛溫”或“超溫”現(xiàn)象，造成催化劑損壞，壽命降低以及設(shè)備損壞。作為提供急冷氫控制反應(yīng)溫度的關(guān)鍵設(shè)備循環(huán)氫壓縮機(jī)就要求能長周期、安全、平穩(wěn)運(yùn)行。目前渣油加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)采用離心壓縮機(jī)，具有大流量、高效率、能滿足長周期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，因此離心壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。

3　試機(jī)問題

（1）在試運(yùn)過程中發(fā)現(xiàn)I系列循環(huán)氫壓縮機(jī)VIA8220、VIA8221軸承振動(dòng)值在未達(dá)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)成倍增加，經(jīng)排除引起離心壓縮機(jī)振動(dòng)的機(jī)械原因和其他因素，判斷引起振動(dòng)突然增大是因?yàn)槠啓C(jī)在高速暖機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速正好是離心壓縮機(jī)的一階臨界轉(zhuǎn)速。

（2）臨界轉(zhuǎn)速的產(chǎn)生：壓縮機(jī)在制造、裝配過程中不可避免地存在局部重心偏移。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)這些偏心質(zhì)量就會(huì)產(chǎn)生周期性的激振力作用在轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生受迫振動(dòng)。當(dāng)激振力的頻率和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)條件下的自振頻率相接近時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生共振，這個(gè)轉(zhuǎn)速就稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速實(shí)質(zhì)上就是在一定的旋轉(zhuǎn)速度下軸系發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)一臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，其臨界轉(zhuǎn)速也確定。它在運(yùn)行中表現(xiàn)為：在這些特定的轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子會(huì)發(fā)生劇烈的振動(dòng)，而轉(zhuǎn)速離開這些特定轉(zhuǎn)速值一定范圍后，旋轉(zhuǎn)又趨于平穩(wěn)。

臨界轉(zhuǎn)速危害：在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子的振幅將急劇增加，轉(zhuǎn)軸呈現(xiàn)劇烈的橫向振動(dòng)，軸的撓度增大，長時(shí)間在此區(qū)域運(yùn)行輕則使轉(zhuǎn)子振動(dòng)加劇，重則引起設(shè)備零部件永久變形或結(jié)構(gòu)破壞造成事故，因此對(duì)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速必須給予足夠的重視。設(shè)備運(yùn)行時(shí)應(yīng)避免工作轉(zhuǎn)速長時(shí)間接近或等于臨界轉(zhuǎn)速。準(zhǔn)確測(cè)定轉(zhuǎn)子的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速，是保證機(jī)組安全操作運(yùn)行和進(jìn)行故障診斷等工作所必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此確定離心壓縮機(jī)的一階臨界轉(zhuǎn)速設(shè)備的安全運(yùn)行尤為重要。

4　離心壓縮機(jī)一級(jí)臨界轉(zhuǎn)速的確定

從表1和表2設(shè)備廠家給出的信息可得壓縮機(jī)的一階臨界轉(zhuǎn)速為4369 r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速為17139 r/min。由于壓縮機(jī)二階臨界轉(zhuǎn)速17139 r/min高于汽輪機(jī)電子跳閘轉(zhuǎn)速13721 r/min和機(jī)械跳閘轉(zhuǎn)速13976 r/min，在試運(yùn)過程中也沒發(fā)生在正常運(yùn)行區(qū)間8470～12705 r/min及做電子跳閘13721 r/min及機(jī)械跳閘13976 r/min的情況下均沒發(fā)生振動(dòng)增大的情況，因此確定驗(yàn)證一階轉(zhuǎn)速具有重要的意義。

表1　循環(huán)氫壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2　汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4.1第一次試機(jī)運(yùn)行方案

離心壓縮機(jī)的試運(yùn)是在管線蒸汽打靶合格、聯(lián)鎖靜態(tài)調(diào)試完畢、汽輪機(jī)單機(jī)試用合格，影響壓縮機(jī)試運(yùn)的問題消除后進(jìn)行的。

壓縮機(jī)啟動(dòng)后主要經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：

（1）低速暖機(jī)：在1220 r/min暖機(jī)20 min；

（2）高速暖機(jī)：低速暖機(jī)后進(jìn)入4200 r/min進(jìn)行高速暖機(jī)，暖機(jī)15 min；

（3）加速模式：主要是使壓縮機(jī)快速越過一階臨界轉(zhuǎn)速4369 r/min，進(jìn)入安全區(qū)域、避免因壓縮機(jī)在此區(qū)間長時(shí)間運(yùn)行造成對(duì)設(shè)備的損壞；

（4）運(yùn)行模式：離心壓縮機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行區(qū)間8470~12705 r/min；

（5）超速模式：為壓縮機(jī)調(diào)試電子超速和機(jī)械超速聯(lián)鎖調(diào)試而設(shè)置的模塊；

（6）停車：壓縮機(jī)按設(shè)置好的程序自動(dòng)由正常運(yùn)行狀態(tài)到停止?fàn)顟B(tài)的操作。

此試機(jī)方案中各關(guān)鍵參數(shù)是根據(jù)設(shè)計(jì)院及離心壓縮機(jī)廠家提供的信息，以壓縮機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速為4369 r/min的情況下制定的壓縮機(jī)試運(yùn)方案。

根據(jù)此方案在實(shí)際試運(yùn)過程中發(fā)現(xiàn)在未到4369 r/min的臨界轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)VIA8220的振動(dòng)由23.199 μm快速達(dá)到44.144 μm最大值，VIA8221的振動(dòng)值由18.529 μm到35.501 μm，而后隨轉(zhuǎn)速的增加振動(dòng)值快速回落到較低的值。VIA8220、VIA8221兩點(diǎn)振動(dòng)值前后分別增加約1.9倍、1.92倍，兩者增幅均接近2倍。

通過排除機(jī)械故障方面的原因后得出壓縮機(jī)軸承振動(dòng)突增是壓縮機(jī)提前進(jìn)入一階臨界區(qū)域造成的結(jié)果，因此需通過修改試運(yùn)方案，來確定壓縮機(jī)的一階臨界值。

4.2修改后試機(jī)方案

第二次的試運(yùn)在高速暖機(jī)下做了調(diào)整。將第一方案中從低速暖機(jī)的1220～4200 r/min之間分成多步進(jìn)行停留觀察，在3800 r/min后快速越過進(jìn)入正常運(yùn)行時(shí)最低值8470 r/min。

1220 r/min后暖機(jī)停留轉(zhuǎn)速有2000 r/min、3000 r/min、3400 r/min、3800 r/min階段，在此4個(gè)階段下運(yùn)行20 min，如有振動(dòng)突增的情況則快速越過進(jìn)入到8470 r/min。從實(shí)驗(yàn)得出振動(dòng)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系見表3。

表3　離心機(jī)轉(zhuǎn)速與振動(dòng)值變化

通過數(shù)據(jù)可以得出當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速到在3958 r/min時(shí)，VIA8220及VIA8221振動(dòng)值達(dá)到最大，并沒有在4369 r/min時(shí)出現(xiàn)最大值，隨后隨著轉(zhuǎn)速的增加振動(dòng)值呈下降趨勢(shì)。通過壓縮機(jī)開、停經(jīng)臨界點(diǎn)時(shí)的振動(dòng)與轉(zhuǎn)速趨勢(shì)如圖1所示。

圖1　離心機(jī)開、停運(yùn)行過程振動(dòng)值變化

如圖1 ITCC監(jiān)測(cè)所示，紅黃曲線反映了離心壓縮機(jī)VIA8220及VIA8221兩點(diǎn)在開、停過程中越過一級(jí)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振值變化曲線。左側(cè)曲線突起是離心機(jī)在開機(jī)過程中越過臨界點(diǎn)時(shí)VIA8220振動(dòng)值44.144 μm、VIA8221振動(dòng)值35.501 μm，此時(shí)轉(zhuǎn)速為3958 r/min。右側(cè)是離心壓縮機(jī)在停機(jī)過程中越過一級(jí)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)情況，此時(shí)VIA8220振動(dòng)值30.25 μm、VIA8221振動(dòng)值20.91 μm，此時(shí)轉(zhuǎn)速為3958 r/min。中間部分是離心機(jī)在8470～12705 r/ min區(qū)間升速和降速過程轉(zhuǎn)速與振值變化情況。由此很明顯的可以說明離心機(jī)的真正一階臨界轉(zhuǎn)速為3958 r/min，并非廠家提供的4369 r/min。

5　結(jié)語

（1）通過完善離心壓縮機(jī)試運(yùn)方案，結(jié)合ITCC控制系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)歷史趨勢(shì)分析得出離心壓縮機(jī)真正的一階臨界轉(zhuǎn)速為3958 r/min，所以高速暖機(jī)的最終轉(zhuǎn)速由4200 r/min修訂為3800 r/min，從而解決壓縮機(jī)軸承振動(dòng)突然成倍增加的問題，也避免了離心壓縮機(jī)在開機(jī)過程中長時(shí)間處于臨界狀態(tài)下的高速暖機(jī)對(duì)設(shè)備造成的損壞。

（2）四川石化渣油加氫離心機(jī)操作采用的是ITCC自動(dòng)控制系統(tǒng)操作，因此高速暖機(jī)的最終轉(zhuǎn)速也同樣需要修改。

（3）根據(jù)相同的試運(yùn)方法對(duì)渣油加氫另一臺(tái)離心壓縮機(jī)分析，得出實(shí)際一階臨界轉(zhuǎn)速與廠家給定的參數(shù)存在不符。

（4）由于廠家給定的臨界轉(zhuǎn)速是根據(jù)理論計(jì)算出來的，并不能反映真實(shí)的臨界值，因此需對(duì)影響設(shè)備長周期運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)在設(shè)備試運(yùn)階段一一進(jìn)行確認(rèn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題與不足，及時(shí)得到有效的處理。

（5）準(zhǔn)確確定一階臨界轉(zhuǎn)速除了完善的方案和熟練的操作人員外，具有歷史記錄趨勢(shì)之一的ITCC自動(dòng)控制系統(tǒng)也對(duì)分析起到重要的作用。

［1］中國石油化工集團(tuán)公司人事部，中國石油天然氣集團(tuán)公司人事服務(wù)中心編.加氫裂化裝置操作工［M］.北京：中國石化出版社，2008：1.

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Determination of Actual First-order Critical Speed Value of Centrifugal Compressor

GAO Song-lin
（Sichuan Petrochemical Co.，Ltd.，Pengzhou 611930，China）

The Residue Desulfurization（RDS）unit of Sichuan petrochemical had 2 sets of centrifugal compressor，found that in single machine start-up，when speed is lower than the first-order critical speed，VIA8220 and VIA8221 vibration increase obviously. Through the analysis，it was found that compressor in the critical region and the first order critical speed is lower than 4369 RPM，so it is necessary to find out the true first-order critical value of the centrifugal compressor through experiment in order to make the centrifugal compressor quickly across the critical region to avoid vibration increase and the damage of equipment.

centrifugal compressor；vibration；the first-order critical speed

TH452

B

1006-2971（2015）01-0024-03

高松林（1983-），設(shè)備工程師，2005年畢業(yè)于新疆大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院過程裝備與控制專業(yè)，現(xiàn)從事渣油加氫。

2014-09-15