裂解气压缩机振动原因分析及处理措施

摘要：文章通过S8000在线监测、分析对裂解气压缩机GB201实时在线监控，从发现中压缸振动异常到通过对振动趋势、时域波形、频谱、轴心轨迹等进行分析，找到振动故障的主要原因。随着运行时间的推移，机组运行至整个运行周期的末期，气体结焦现象逐渐严重，导致中压缸转子出现不平衡，聚合物填满了迷宫密封梳齿，发生碰擦，从检修情况看来，验证了应用S8000系统在线监测诊断故障的准确性。也能在运行过程中有针对性的做出适当调整，并提出需要重点关注的问题。

关键词：压缩机 故障诊断  气体结焦 在线监测

中原石化公司的核心机组乙烯装置裂解气压缩机GB201在1993年由德莱赛蓝（DRESSER-RAND）公司制造，采用三缸五段十七级压缩，其中三个缸分别是：低压缸型号3MWDF3/3 、中压缸型号3M8-6、高压缸型号553BC10-8。每个缸推力轴承采用米契尔型，径向轴承采用可倾瓦，叶轮采用闭式叶轮，段间设有冷却器、气液分离罐，轴端密封采用迷宫密封和浮环密封组合使用，每个缸内级间密封采用迷宫密封，机体内通过注入洗油防结焦。具体设计参数如下表1所示。

表1：压缩机设计参数

Table 1: the compressor design parameters

1  机组振动情况描述

1.1  测振点分布情况

201机组共有轴振动测量通道16个，轴位移测量通道8个，每根转子设有4个轴振动测量点，2个轴位移测量点。如图1所示。

1.2  运行期间异常振动情况描述

1.2.1异常振动情况描述

自2011年7月大修后开车至2015年3月18日机组轴振相对平稳，振动值偶有波动，但波动幅值较小，自3月18日短暂停车后中压缸振动值四个通道出现异常波动，其中VE2109、VE 2110振动值明显上升，VE2111、VE2112明显下降，并四个点振动值均伴随有10余微米的波动幅度。如图2所示。

中压缸第二次振动值异常波动出现在7月22日至7月26日和7月26日至9月2日两个时间段内VE2111、2112振动值先后两次突发性增大，增大约10微米，且伴有较大幅度波动，如图3所示。VE2110不明显。23日后异常波动的幅度更大一些，频次更多。8月1日转速提升，四个轴振动振动均有增长，异常波动更剧烈。

1.2.2振动原因分析及处理措施

结合S8000远程监测系统监测数据，中压缸振动第一次异常变化及波动均以工频幅值变化为主；振值波动时，工频相位有小幅波动，但相位无趋势性变化。以VE2110为例，如图4所示。而轴心轨迹程不光滑、且可见明显的“内尖角”，轴心轨迹反向涡动，如图5所示，因此可以综合判断中压缸在第一次短暂的停车之后，出现了两侧轴承以外“第三个承载位置”，这一情况影响了两端轴承的载荷分布，并且从两侧轴承振动突然变化情况看来靠近VE2111、VE2112一侧，同时这不稳定的第三接触点与中压缸转子形成碰擦。对于可能有两方面：第一、浮环浮动受限，浮环充当了“第三承载体”；第二、机体内可能出现了较为严重的裂解气结焦现象，结焦物附着在级间迷宫密封，被结焦物填满的的迷宫充当了“第三承载体”。 如果浮环密封浮动受限，则很有可能会造成浮环密封快速磨损，装配间隙发生变化，密封油、气消耗量增大，但是在后续观察中发现并非如此。因此裂解气气体结焦物附着在迷宫梳齿上造成“承载与碰擦”的可能性增加。

第二次中压缸振动异常变化情况从8月1日装置负荷变化，201机组提速情况看来，中压缸轴振动整体与转速变化成正比。以VE2112为例，振动频谱能量集中于1倍频，有突出的峰值，高次频谐波分量较小，1倍频相位稳定在较小的变化范围内，轴心轨迹为椭圆形。如图6所示综合以上特征可以看出中压缸转子在两个时间段内轴振动值的变化是由两次突发不平衡引起。推测引起转子不平衡的原因主要考虑到运行周期末期，裂解气结焦物附着在叶轮上量增加。在26日振动变化后，通过初步分析考虑到转子结焦的因素，适当调整了洗油的注入量，振动值出现向下波动趋势。转子与定子的摩擦情况仍然存在。间隙电压基本稳定，但细化后可见VE2112间隙电压小幅波动，时间上与振动波动吻合。根据振动波动情况、相位、间隙电压综合考虑，可以排除可倾瓦故障。

3  检修

在密切监测下201机组安全运行至2015年10月停车，201机组按原计划解体大修。中压缸转子吊出时发现叶轮内外附着有一层坚硬的淡黄色结焦物，级间迷宫密封梳齿之间填满了坚硬的黑色聚合物，在靠近高压侧VE2111/2112处最明显，转子级间套严重磨损，如图8所示。验证了“第三承载体”存和碰擦在的观点。

在检修中按照原定计划更换了备用转子，部分磨损的迷宫密封。11月25日开机，中压缸轴振动较检修前明显下降。201机组运行平稳。

5  结论

（1）通过S8000系统的在线监测、诊断，能够及时发现故障，并作出分析故障原因，做出相应调整，制定检修计划，从而保证设备的安全、稳定运行。

（2）通过振动趋势、时域波形、频谱、轴心轨迹等分析能够准确的判断转子异常振动原因。

（3）随着先进技术的应用，裂解气压缩机长周期运行的主要瓶颈为气体结焦引发的碰擦，质量不平衡等因素。

（4）洗油的注入虽不能够完全抵御气体结焦，但是洗油也是聚合物的优质溶剂，能够延长运行周期。