尾氣壓縮機振動原因分析及對策

肖建勇

摘要：本文詳細(xì)描述了聚丙烯裝置中尾氣壓縮機振動異常情況，結(jié)合往復(fù)機的工作原理，分析現(xiàn)象產(chǎn)生的真實原因，提出有效的解決措施，徹底解決壓縮機振動問題。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機;振動;基礎(chǔ);灌漿;墊鐵;對策

往復(fù)式壓縮機是目前在我國應(yīng)用最廣泛的一類壓縮機，廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)中，用以提高氣體壓力，并輸送氣體。聚丙烯裝置中的尾氣壓縮機常采用往復(fù)式壓縮機，將粉料倉的氣體收集、增壓后輸送至反應(yīng)系統(tǒng)繼續(xù)利用。

中國石化廣州分公司聚丙烯-3裝置的尾氣壓縮機選用了國內(nèi)某著名廠家制造生產(chǎn)的往復(fù)式壓縮機，其結(jié)構(gòu)為二列三級立式迷宮壓縮機，氣缸為無油潤滑、水冷式雙作用，由電機驅(qū)動，將工藝氣體由0.02 Mpa（G）壓縮至2.7Mpa（G），體積流量為87 m3/min，壓縮機為單層平面布置，其整機結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

該壓縮機在運行中發(fā)現(xiàn)振動偏大，對壓縮機的電機、缸體、地腳螺栓、主軸瓦部位進行測量，缸體處振動烈度最大達到10mm/s，地腳螺栓處振動烈度最大達3.8mm/s，同時設(shè)備基礎(chǔ)的二次灌漿層出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了設(shè)備的穩(wěn)定運行。

一、壓縮機振動機理

導(dǎo)致往復(fù)式壓縮機振動的常規(guī)原因有多種：壓縮機安裝不當(dāng)引起、壓縮機結(jié)構(gòu)帶來的慣性力和力矩不平衡引起、壓縮機氣流脈動引起、壓縮機基礎(chǔ)設(shè)計不合理引起等，區(qū)分壓縮機的振動機理，找對影響壓縮機振動的振源，才能從根本上解決壓縮機振動問題。

（一）安裝和使用不當(dāng)引起的振動

壓縮機螺栓松動，機身水平度不符合要求，對中不好，裝配間隙過大，死點間隙過小，活塞桿跳動過大，運行工況超出設(shè)計范圍，壓縮比偏大等都會引起壓縮機機組的振動。

（二）壓縮機結(jié)構(gòu)帶來的慣性力不平衡

往復(fù)式壓縮機在運轉(zhuǎn)時，活塞組件和曲柄——連桿機構(gòu)是在做加速或減速運動，所以存在旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力，當(dāng)這些力沒有被平衡掉時，就會使機器在運轉(zhuǎn)過程中承受周期性的交變載荷，從而使基礎(chǔ)和機器發(fā)生振動。

（三）壓縮機氣流脈動

往復(fù)式壓縮機的供氣是不連續(xù)的，壓縮機吸氣 、排氣呈間歇性和周期性變化，必將激起管內(nèi)氣體呈脈動狀態(tài)，致使管內(nèi)介質(zhì)的壓力、速度、密度等隨時間作周期性變化，這種現(xiàn)象叫氣流脈動。氣流脈動會對管路中的氣體形成一定的激發(fā)或者干擾。當(dāng)激發(fā)頻率與管道內(nèi)氣體固有頻率一致時，就會形成共振，更加增強管路內(nèi)的氣流脈動，此時管路的振動會成倍增加。

（四）壓縮機基礎(chǔ)設(shè)計不合理引起的振動

壓縮機應(yīng)保證基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)強度，保證基礎(chǔ)的振動不得超過允許值。一般壓縮機的基礎(chǔ)質(zhì)量應(yīng)為不平衡擾力的 15～20 倍，允許的最大振幅為200 um，最大振動速度不應(yīng)大于6.3mm/s，同時避免基礎(chǔ)落入壓縮機的擾力的共振范圍之內(nèi)。

二、尾氣壓縮機振動原因分析

根據(jù)上述振動機理對尾氣壓縮機振動進行原因分析，以期找到機組振動的根本原因，從而消除振動。

（一）檢查尾氣壓縮機的安裝和運行情況

檢查機組的安裝、對中、內(nèi)部裝配間隙、運行等情況，均符合設(shè)計要求，檢查地腳螺栓，無松動現(xiàn)象。

（二）檢查尾氣壓縮機的結(jié)構(gòu)情況

尾氣壓縮機共有四列，對應(yīng)曲軸有四列曲柄，對稱兩列為一組，每組互為90°，此布置方式可以很好地平衡曲軸旋轉(zhuǎn)時因曲柄錯角作周期性變化產(chǎn)生的慣性力矩，從而減小壓縮機的振動。

（三）檢查尾氣壓縮機氣流脈動情況

機組管道設(shè)置不合理，氣流脈動導(dǎo)致機組振動是一種常見的原因，為了確認(rèn)機組是否存在脈動引起的共振，按API618標(biāo)準(zhǔn)的近似設(shè)計方法三所要求的分析內(nèi)容，對機組整個系統(tǒng)在正常負(fù)荷情況下進行脈動分析，判斷是否會發(fā)生共振。

采用得到國際普遍認(rèn)可的專業(yè)管道應(yīng)力分析軟件CAESARⅡ，按照配管圖以及應(yīng)力分析的邊界條件建立三維管道系統(tǒng)的力學(xué)模型，將機組管道系統(tǒng)劃分成四個分析單元系統(tǒng)，分析計算出各點對應(yīng)于頻率的共振頻率放大函數(shù)值和允許脈動值：

API618所允許壓力不均勻范圍，按第三種近似方法要求如下：

壓縮機氣缸法蘭處允許的脈動值Pef： 3R%或7%取二者較小值;

Pl? 為與基頻和諧頻相應(yīng)的各單獨脈動部件的最大許用峰-峰值，用管線平均絕對壓力的百分比來表示;

a? ?為氣體的聲速，單位為m/s;

PL? 為平均絕對壓力，單位為bar;

f? ?為脈動頻率，單位為HZ。

2、脈動抑制裝置允許壓降：△P%或0.25%取二者較大值。

式中：

ΔP 為基于通過脈動抑制裝置的穩(wěn)定流的最大壓力降，用裝置進口平均絕對管線壓力的百分比表示;

R為級壓力比。

通過分析計算，機組管道系統(tǒng)各單元均處于較低共振頻率放大函數(shù)水平，各緩沖罐造成的壓降符合API618要求，系統(tǒng)不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

（四）檢查尾氣壓縮機基礎(chǔ)情況

壓縮機的基礎(chǔ)設(shè)計為：基礎(chǔ)采用C30混凝土，罐漿料為HL40，為V型結(jié)構(gòu)， C30混凝土按一方2.3噸計算：

基礎(chǔ)的重量[ 2.3*3.26*1.65-（1.56+1）*0.53*3.26/2）]*2.3*10≈234KN

壓縮機設(shè)計的不平衡擾力：11.61KN

基礎(chǔ)重量與平衡擾力的倍數(shù)關(guān)系234/11.61≈20

基礎(chǔ)的重量滿足壓縮機不平衡擾力的 15～20 倍這一要求。

（五）現(xiàn)場檢查情況

根據(jù)上述分析結(jié)果，導(dǎo)致機組異常振動的原因不是基礎(chǔ)設(shè)計、壓縮機結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝配、管道布置等，問題應(yīng)該出在現(xiàn)場的安裝質(zhì)量。檢查現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)壓縮機的基礎(chǔ)二次罐漿層有開裂現(xiàn)象，將二次灌漿層破除后，發(fā)現(xiàn)一次灌漿料發(fā)軟，強度遠未達到≥70MPa的設(shè)計強度要求，因此，可以確定一次灌漿不合格是導(dǎo)致壓縮機振動的主要原因。

三、尾氣壓縮機振動處理方法

根據(jù)排查出的原因，制定消除振動的處理辦法，最直接的方法是將壓縮機的基礎(chǔ)拆除，重新澆筑，但此方法要重新制作基礎(chǔ)，所需時間很長，而且壓縮機組所有管線、緩沖罐、級間冷卻器、潤滑油站等都已全部安裝定位，需要全部重新進行安裝，涉及工程量巨大，無論從時間、資金、人力方面考慮，此方法均不可取。

基于灌漿料發(fā)軟的情況，可以考慮采用人工拆除地腳螺栓，重新進行灌漿的方法。此方法只需將壓縮機機體拆走，清除干凈灌漿料，取出地腳螺栓，回裝時利用電機作為基準(zhǔn)進行安裝，涉及面較小，只需對壓縮機出入口管線進行適當(dāng)調(diào)整或配管即可。此方法雖然不如第一種方法徹底，但是可實施性高，并且也能夠滿足安裝要求，因此決定按此方法進行處理。

通過人工清理方式將壓縮機基礎(chǔ)地腳螺栓拆除。在回裝時，調(diào)整機組水平，然后以電機為基準(zhǔn)進行初步找正，進行一次罐漿。為了減少養(yǎng)護時間，選用C60高強無收縮料作為灌漿料。采用座漿法進行墊鐵的安裝可以進一步縮短工期，座漿法相對其余墊鐵安裝方式具有施工效率高、安裝質(zhì)量好、施工步驟簡單等優(yōu)勢。最后一步，進行電機與壓縮機的對中，使同心度達到0.05mm內(nèi)，壓縮機的重新安裝就完成了，整個施工的工期大約需要25天。

四、 結(jié)論

2019年10月，裝置利用停車消缺機會按上述方法進行了處理，尾氣壓縮機運行穩(wěn)定，機組振動明顯下降，壓縮機缸體處振動烈度降為3.0mm/s，地腳螺栓處振動烈度降至0.6mm/s，說明此方法有效解決了尾氣壓縮機振動的問題。

參考文獻

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