離心式壓縮機振動故障及應對措施探討

摘 要 離心式壓縮機是天然氣處理和輕烴上產等石油化工裝置不可缺少的關鍵設備，一旦出現轉子不平衡、油膜振蕩、喘振等故障不僅會給油氣生產造成較大的經濟損失，嚴重的還會造成安全生產事故，因而維護離心式壓縮機安全、穩定長周期運行，業已成為油氣生產過程中不可忽視的重要課題。基于此，文章對離心式壓縮機振動故障的特征及應對措施進行了探討。

關鍵詞 離心式壓縮機；振動；轉子；油膜振蕩；喘振

中圖分類號：TH452 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0127-01

離心壓縮機具有轉速高、流量大、體積小、結構緊湊、排氣均勻、處理過程不受污染、連續運轉時間長、維修保養成本低等優點，廣泛應用于石油化工行業中，是天然氣集輸和初加工的關鍵設備。保證離心壓縮機組的安全、平穩可靠運行，降低機組故障發生率及其帶來的事故風險，是實現天然氣處理和輕烴上產等經濟生產目標的重要工作。其中，因壓縮機振動始終處于或者高于上限臨界值引起的故障是導致機組配件損壞和壽命降低的主要原因之一，需要在生產運行過程中準確判斷引起振動故障的因素，采取有效的防治措施。

1 引起離心式壓縮機振動故障的主要原因

1）轉子運行不良造成壓縮機振動故障。在壓縮機安裝、檢修過程中因裝配誤差、材料缺陷等問題造成離心式壓縮機振動值升高以至于超過上限值，是引起機組振動故障最為常見的原因，主要體現為轉子動平衡不良和轉子對中不良兩大故障。

①轉子動平衡不良加劇機組振動。離心式壓縮機作為旋轉機械設備，其轉子無可避免地要受到加工技術、裝配誤差及材料質量不均勻等因素的影響，因而任何一個旋轉設備的轉子都無法實現絕對平衡，即便轉子質量中心與旋轉中心線間的偏心距在可允許范圍內，仍然會使用軸承因周期性離心力的干擾產生振動。不僅如此，在壓縮機連續長時間運轉的情況下，轉子不平衡會造成處理介質中的粉塵顆粒在轉子上不均勻結垢，使原有不平衡問題進一步惡化，同時長期運轉過程中不僅處理氣體中的雜質會對葉輪造成物理磨損，而且處理氣體中的化學物質還會對葉輪造成化學腐蝕，致使葉片強度降低，而葉輪損壞后剝落的異物可能卡塞葉輪流道，進而產生葉輪動平衡不良，最終使轉子動平衡不良問題進一步惡化，使離心壓縮機組振動隨之增大。②轉子對中不良加劇機組振動。造成轉子對中不良的主要原因包括如下三方面：一是由于裝置設計建造時熱膨脹計算誤差較大從而導致壓縮機運行劇烈振動，進而造成轉子不對中；二是壓縮機安裝和日后檢修時對中精度不高，導致壓縮機運行時振動過高和機組基礎沉降不均勻；三是導向系統未鎖緊導致承載后變形。這三方面因素導致離心式壓縮機在運行過程中引發各缸軸線之間對中不良的問題，進而加大機組各缸體軸向和徑向的交變力，致使機組軸向和徑向振值隨之升高，同時振動升高又會逐漸加重轉子不對中的問題，最終造成壓縮機組振動過大和不對中問題同步加重，引發停機故障。

2）渦動現象引發離心壓縮機振動故障。油膜振蕩和喘振是由渦動現象引發壓縮機振動故障的兩種常見情況，前者是油膜渦動引起，后者是由處理氣流渦動引起。油膜振蕩主要是由油膜渦動的油膜力引起的自激振動，且一旦發生會使離心壓縮機轉速持續提升，當瞬時振幅突然升高帶動局部油膜破裂時，會對軸承和轉子產生強大的沖擊，損壞系統配件；喘振主要是由于壓縮機轉速下降而出口壓力未下降或者壓縮機進氣壓力下降等造成入口管網阻力增大的因素引起壓縮機處理氣流量減小所造成的，當處理氣流量突然減少時，會在壓縮機流道形成氣體渦動，從而造成管網壓力高于出口壓力，而加之入口氣量受阻，所以會引發出口氣倒吸至壓縮機的現象，而當倒流回壓縮機的入口氣使管網壓力降低時又會使整個流量被氣體旋渦區所占據，進行形成壓力和流量周期性的脈動，使壓縮機組產生劇烈振動。

2 離心式壓縮機振動故障的防治及應對措施

1）加強實時監控，準確辨別轉子運轉不良的特征。由于振動引發離心式壓縮機組故障停機并不是一蹴而就的，而是在長時間振動升高的過程中逐漸對機組造成更大的危害，因而除了要安裝和不斷更新DCS等動態監測控制系統，利用控制系統加強對壓縮機組關鍵位置各項振動指標的實時監測之外，還必須掌握離心壓縮機出現轉子對中和動平衡不良問題時呈現出來的特征，如此不僅可以及時發現壓縮機組存在轉子對中和動平衡不良的問題，進而加以關注和預防，而且當控制面板上顯示機組振動值過高時，能夠快速排除其他原因，將問題準確鎖定在轉子對中或動平衡問題上，進而加快維修速度，使壓縮機組第一時間從停機恢復運行，減少停產損失。

依據油膜壓力和振值兩項指標是最為常用的判斷轉子對中不良的方法：①當離心壓縮機運行時，要密切關注動態檢測系統軸承油膜壓力指標的變化，軸徑與軸承下半的內表面間隙減與該指標呈反比，當壓力值持續增大或者減小時，說明間隙隨之減小或者增大，軸承對中不良；②密切觀察動態監測系統的振動數值，當軸向或者徑向振動數值持續升高時，要及時測量相位，判斷是否存在轉子對中不良情況。

2）采取防腐處理措施，減少葉輪沖刷及腐蝕。為了防止葉輪動平衡不良現象的發生，需要對級間換熱器內壁和級間管線內壁實施有效防腐措施，例如不銹鋼噴鍍法等，從而加強葉輪抗沖刷和耐腐蝕的能力，防止葉輪在長周期運行過程中因電化學腐蝕和處理介質中的雜志顆粒帶來的磨損引發轉子不平衡問題。同時在機組保養和檢修時必須定期對進氣管道、級間管道和冷卻器外殼及內部的污垢進行徹底清除。

3）采取有效措施避免油膜渦動和氣流渦動危害發生。避免油膜渦動產生油膜振蕩，首先要使離心壓縮機在長期持續運行過程中避免在一階臨界轉速的兩倍附近運轉，使之無法進入油膜共振區；其次，通過增加軸瓦工作面上單位面積所承受的載荷來使油膜更趨于穩定；再次，通過將軸瓦預負荷維持在正值以及減小軸承間隙，來增大偏心距，從而提升離心壓縮機油膜共振轉速區間，當壓縮機正常運行的轉速難以達到共振區間時便可以有效避免油膜振蕩的發生。

避免氣流渦動產生喘振可以采取如下三種措施：一是降低運行速度，可使出口壓力隨之降低的同時減少而不致進入喘振狀態；二是設出口旁路將多出的氣量重新返回機組處理氣入口，通過防止氣量減少來避免喘振；三是定期檢查壓縮機氣體出入口動態監測儀表的工作狀態，確保防喘振與報警聯鎖或與緊急停車聯動的有效性。

參考文獻

[1]尚恩清，董友.離心壓縮機的振動分析及解決措施[J].風機技術，2011（08）.

[2]陳虹微，王榮杰.離心壓縮機電機振動建模分析及改進[J].動力學與控制學報，2012（12）.

[3]張忠瑞.離心式壓縮機振動故障分析與安全運行[J].廣州化工，2011（07）.

作者簡介

張鼎成（1986-），男，黑龍江大慶肇源縣人，助理工程師，畢業于東北石油大學，研究方向：設備安裝。endprint