聚丙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)振值波動(dòng)分析

魏志剛　胡顯馳　姜林　龍丹　于彤　宋艷會(huì)

摘 要：描述了聚丙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)振值波動(dòng)的頻譜特征，并對(duì)振值波動(dòng)的原因進(jìn)行了分析，制定了針對(duì)性的檢修措施，將壓縮機(jī)振值波動(dòng)的問題消除。

關(guān) 鍵 詞：振值波動(dòng)；動(dòng)不平衡；頻譜分析

中圖分類號(hào)：TQ 325 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2017）07-1430-03

Analysis on the Vibration Value Fluctuation of Recycle

Gas Compressor in Polypropylene Unit

WEI Zhi-gang， HU Xian-chi， JIANG Lin， LONG Dan， YU Tong， SONG Yan-hui

（PetroChina Fushun Petrochemical Company，Liaoning Fushun113008，China）

Abstract： The spectrum features of the vibration value fluctuation of recycle gas compressor in polypropylene unit were described. And the cause of the vibration value fluctuation was analyzed； the corresponding repair measure was carried out to eliminate the problem of vibration value fluctuation of the compressor.

Key words： Vibration value fluctuation；Scanning electron microscopy；Spectrum analysis

某化工廠聚丙烯裝置采用的是美國陶氏化學(xué)公司（The Dow Chemical CoMPany）Unipol聚丙烯工藝，以丙烯為主要原料，生產(chǎn)能力以7 000 h/a的操作時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，年產(chǎn)30萬t聚丙烯本色粒狀樹脂產(chǎn)品。

該裝置的反應(yīng)系統(tǒng)由第一反應(yīng)器（C-4001）、第一循環(huán)冷卻器（E-4002）、第一循環(huán)氣壓縮機(jī)組成（K-4003）。氣相反應(yīng)物（丙烯、氫氣、乙烯）及惰性組分通過循環(huán)氣壓縮機(jī)，經(jīng)含有催化劑的反應(yīng)器流化床層連續(xù)循環(huán)。聚合反應(yīng)產(chǎn)生的熱量通過反應(yīng)氣帶走，并在外部的水冷式循環(huán)氣冷卻器中釋放掉（見圖1）。

其中的循環(huán)氣壓縮機(jī)在2017年2月10開始出現(xiàn)振值波動(dòng)，后來經(jīng)過分析、拆檢冷卻器將問題消除。

1 壓縮機(jī)基本概況

循環(huán)氣壓縮機(jī)是單級(jí)、恒速、離心式壓縮機(jī)，位號(hào)是K-4003，日本神戶制鋼所制造，型號(hào)為DH9M。額定流量32 700 m3/h，進(jìn)口壓力3.47 MPa，出口壓力3.58 MPa，工作轉(zhuǎn)速987 r/min，額定功率1550 kW。

該機(jī)組自2010年10月20日運(yùn)入現(xiàn)場，2012年9月20日完成試運(yùn)轉(zhuǎn)，2012年10月31日投入正式使用。該壓縮機(jī)循環(huán)氣通過入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)流量，采用二級(jí)串聯(lián)干氣密封，強(qiáng)制潤滑，并有高位油罐和潤滑油緩沖罐等應(yīng)急潤滑保護(hù)裝置。聚丙烯循環(huán)氣壓縮自帶一個(gè)應(yīng)急透平裝置，可在斷電或緊急停車的情況下啟動(dòng)，達(dá)到保護(hù)反應(yīng)和壓縮機(jī)的作用。

2 壓縮機(jī)振值波動(dòng)特征分析

自2月10日起機(jī)組振值（非聯(lián)軸端）出現(xiàn)波動(dòng)，增大入口導(dǎo)葉開度時(shí)，機(jī)組振值波動(dòng)有惡化趨勢；2月28日起機(jī)組振值波動(dòng)出現(xiàn)頻繁跡象，3月3日機(jī)組振值波動(dòng)更加頻繁，3月5日波動(dòng)極其頻繁，且狀態(tài)監(jiān)測顯示最大值達(dá)到72.43 μm（報(bào)警60 μm，聯(lián)鎖80 μm）。

根據(jù)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)顯示（見下圖2、圖3），機(jī)組的振值波動(dòng)主要是在工頻下產(chǎn)生，隨著振值波動(dòng)的持續(xù)，后期出現(xiàn)工頻夾雜1.7倍頻現(xiàn)象；機(jī)組的軸心軌跡為反進(jìn)動(dòng)。按照狀態(tài)監(jiān)測頻譜分析，機(jī)組出現(xiàn)振值波動(dòng)的原因是轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中的動(dòng)平衡遭到破壞，且隨著時(shí)間推移，出現(xiàn)了不對(duì)中跡象（1.7倍頻與2倍頻接近）[1-4]；軸心軌跡反進(jìn)動(dòng)，說明機(jī)組轉(zhuǎn)子存在動(dòng)、靜碰磨現(xiàn)象，動(dòng)、靜部件碰磨時(shí)，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)沖擊力，沖擊力產(chǎn)生的扭矩與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向相反[5]；沒有0.5倍頻，說明沒有喘振和油膜振蕩，若存在喘振或油膜振蕩，轉(zhuǎn)子振值波動(dòng)的主頻率應(yīng)該在0.5倍頻附近。

但從機(jī)組的整體運(yùn)行狀態(tài)看，最初的振動(dòng)存在可自愈性，可以判定的是：機(jī)組本身沒有機(jī)械故障。

3 循環(huán)氣系統(tǒng)檢修措施

根據(jù)機(jī)組的頻譜分析，我們初步懷疑引起工頻下振值波動(dòng)的原因主要：①轉(zhuǎn)子葉輪或入口導(dǎo)葉有結(jié)膠樹脂，破壞了轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的動(dòng)平衡；②循環(huán)氣管路不暢，氣流中存在渦動(dòng)，破壞了轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的動(dòng)平衡。

經(jīng)過最終研究，為了保證生產(chǎn)平衡，最終決定的處理方案是：對(duì)機(jī)組重新找正；先檢查壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉和入口管路上的格柵板；若入口無問題，再檢查出口換熱器；管路系統(tǒng)若無問題，再對(duì)機(jī)組進(jìn)行拆檢。

3.1 檢查入口系統(tǒng)

3月7日22：10分打開了機(jī)組入口短節(jié)，以檢查入口導(dǎo)葉和入口管路上的格柵板。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)入口導(dǎo)葉和格柵板都沒有大量樹脂結(jié)膠，也沒有塊狀樹脂；通過內(nèi)窺鏡檢查，轉(zhuǎn)子葉輪也沒有明顯的結(jié)交樹脂。見圖4、圖5。

3.2 機(jī)組重新找正

經(jīng)過測量，壓縮機(jī)與電機(jī)對(duì)中超差嚴(yán)重，垂直方向達(dá)到1.68 mm（標(biāo)準(zhǔn)值要求不大于0.33 mm），說明為期將近1個(gè)月的振值波動(dòng)確實(shí)導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)了不對(duì)中現(xiàn)象，也就是1.7倍頻產(chǎn)生的原因。對(duì)機(jī)組進(jìn)行重新找正，使機(jī)組與電機(jī)對(duì)中在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，見圖6。

3.3 清理出口換熱器

3月8日上午9：30左右，打開了出口換熱器E-4002，發(fā)現(xiàn)換熱器管束堵膠嚴(yán)重，見圖7。換熱器堵塞的主要原因應(yīng)該是在循環(huán)水或循環(huán)氣的溫度、壓力操作控制上有波動(dòng)，或者說某一次開、停工過程中循環(huán)氣中的粉料出現(xiàn)了聚合，隨著時(shí)間的推移，聚合物越來越多。

3.4 機(jī)組開機(jī)投運(yùn)

清理完換熱器以后，裝置就進(jìn)入投料開工階段， 3月12日22：55分機(jī)組投入運(yùn)行，投運(yùn)至今機(jī)組運(yùn)行良好，振值一直在13 μm左右，振值波動(dòng)現(xiàn)象消除；但軸心軌跡仍然是反進(jìn)動(dòng)，說明迷宮密封處存在結(jié)膠樹脂，仍然存在動(dòng)、靜碰磨現(xiàn)象，由于生產(chǎn)時(shí)間要求，只能待6月份大檢修時(shí)處理。目前機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測見圖8、圖9。

4 壓縮機(jī)振值波動(dòng)原因分析

4.1 直接原因

根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測頻譜分析與實(shí)際拆檢，壓縮機(jī)出現(xiàn)振值波動(dòng)的直接原因是：轉(zhuǎn)子系在運(yùn)行中的動(dòng)平衡遭到破壞。

4.2 間接原因

換熱器堵塞，流通面積變小，當(dāng)流量增大，氣體不能全部通過，葉輪出口壓力增大，換熱器與壓縮機(jī)之間的管道形成儲(chǔ)壓空間，當(dāng)其壓力增大到M接近或等于1時(shí)，葉輪不再做功，氣體倒流。

5 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

（1）本次可以準(zhǔn)確判斷出機(jī)組振值波動(dòng)的原因是轉(zhuǎn)子系動(dòng)平衡遭到破壞，也準(zhǔn)確判斷了機(jī)組無機(jī)械故障，但并沒有排查出可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子系動(dòng)平衡破壞的所有因素。

（2）由于最初不能確定換熱器E-4002的壓差表PDI_4002_2是否準(zhǔn)確（當(dāng)時(shí)該數(shù)值出現(xiàn)報(bào)警，但現(xiàn)場表增加了伴熱以后數(shù)據(jù)顯示正常），所以，最初不能確定換熱器是否堵膠，也沒有意識(shí)到該換熱器竟然堵膠如此嚴(yán)重。

（3）鑒于上面第2條原因，以及生產(chǎn)工藝安排的停工時(shí)間緊迫，本次小修采取了排除法，先拆檢了壓縮機(jī)入口短節(jié)，在一定程度上耽誤了聚丙烯裝置本次小修的時(shí)間。

（4）今后要加強(qiáng)機(jī)組特護(hù)，充分綜合工藝、設(shè)備、儀表各專業(yè)的分析，不遺漏任何可能導(dǎo)致機(jī)組異常的因素。

（5）今年檢修期間對(duì)該壓縮機(jī)拆檢大修，清理迷宮密封，消除動(dòng)、靜碰磨。

（6）建議工藝專業(yè)認(rèn)真分析換熱器E-4002堵膠的原因。

6 結(jié)束語

本次判斷出了機(jī)組振值波動(dòng)的原因是轉(zhuǎn)子系動(dòng)平衡遭到破壞，也判斷出了機(jī)組無機(jī)械故障，但在查找管路系統(tǒng)上費(fèi)了一些周折，但通過清理壓縮機(jī)出口換熱器將振值波動(dòng)問題消除；下一步檢修期間對(duì)該壓縮機(jī)拆檢大修，清理迷宮密封，消除動(dòng)、靜碰磨。本次振值波動(dòng)問題的處理，為今后的設(shè)備運(yùn)行積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王輝.DH型離心壓縮機(jī)振動(dòng)監(jiān)測及故障診斷分析[J].流體機(jī)械，2004，32（11）：32-35

[2]徐洪淼.離心壓縮機(jī)振動(dòng)故障分析與處理（碩士學(xué)位論文）[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2009.

[3]高松竹，汪玉春.離心式壓縮機(jī)的振動(dòng)故障分析[J].天然氣與石油，2002，20（1）：38-40.

[4]馮世杰.離心壓縮機(jī)故障診斷[J].設(shè)備管理與維修，2005，9：39-40.

[5]施俊俠，王大成，黃斌.離心壓縮機(jī)的振動(dòng)故障分析[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2003，6：47-49.