原料氣壓縮機的故障診斷分析

郭曉寧

（大慶石化公司 物資供應中心，黑龍江 大床 163714）

原料氣壓縮機的故障診斷分析

郭曉寧

（大慶石化公司 物資供應中心，黑龍江 大床 163714）

針對某石化公司化肥廠合成裝置原料氣壓縮機的故障，介紹了狀態信號的采集、故障特征的提取、維修決策形成、技術狀態識別，以及診斷分析的具體過程。

原料氣壓縮機；診斷分析；診斷意見

0 引言

機械設備發生故障是不可避免的事，任何一個機械設備，工作中由于疲勞損傷、磨損、腐蝕以及操作不當均會產生故障，這些故障將會使機械不能處于正常工作狀態，甚至喪失工作能力，嚴重的會造成巨大經濟損失。對于會造成人員傷亡和嚴重社會后果的故障應盡可能加以避免。另外，當機械設備的運轉出現一些不正常現象時，應能及時發現加以排除，防止故障發生。而一旦故障發生后則應盡可能快地準確診斷，快速修復，使損失降為最小。要達到以上各點，必須依賴于故障診斷技術的發展及其水平的提高。下面以某設備故障為例進行診斷分析。

某石化公司化肥廠合成裝置原料氣壓縮機，其作用是把壓力為0.41 MPa的天然氣加壓到4.31 MPa，然后送入工藝系統，作為轉化用原料天然氣。該機組由驅動汽輪機、壓縮機低壓缸和壓縮機高壓缸等3部分組成，機組安裝在同一個機座上。機組裝有調節、保安系統，機組的潤滑、密封、調速油共有一套油系統，汽輪機排汽進入表面冷凝器。壓縮機低、高壓缸均為雙層缸結構。低壓缸為水平剖分；高壓缸內缸水平剖分，外缸為圓筒形。低壓缸和高壓缸均為9級壓縮，葉輪均為閉式葉輪并由銑焊制成。低壓缸的葉輪和平衡盤，通過鍵過盈與主軸固定，高壓缸則采用無大過盈配合。軸端密封為機械密封，內密封為軟密封。軸的驅動端均采用無鍵的液壓裝配式齒式聯軸器，徑向軸承均為可傾瓦塊式滑動軸承，止推軸承均為金斯伯雷型。汽輪機為上排汽冷凝式多級沖動式中壓汽輪機，轉子為整鍛轉子，共7級葉輪，其中前5級葉片采用T型葉根，后2級葉片采用球形葉根，軸承采用五油楔可傾瓦塊式滑動軸承和單側金斯伯雷型止推軸承。

1 設備主要機組狀態圖械

狀態圖如圖1所示。

2 狀態信號的采集

狀態信號是機械設備異常或故障信息的載體，選用一定的檢測方法和檢測系統采集最能表征診斷對象工作狀態的信號，是故障診斷技術實施過程中不可缺少的環節。能夠真實、充分地采集到足夠數量、客觀反映診斷對象狀況的狀態信號，是故障診斷能夠成功的關鍵。否則，其后的各個環節功能再完善也將是無效的。

圖1 機組狀態圖

3 故障特征的提取

對于所采集到的表征診斷對象運行中的原始狀態信號稱為初始模式。因初始模式中的故障信息混雜在大量的背景噪聲中，為提高診斷的靈敏度和可靠性，必須采用信號處理技術，在狀態信號中排除噪聲干擾的影響，提取有用的故障信息，以突出故障特征。因此，故障特征提取就是將初始模式向進行維數壓縮、形式變換、排除或消弱噪聲干擾、保留或增強有用信號、精化故障特征信息的過程，由此而形成待檢模式。

4 維修決策形成

在現代化的診斷技術中，為完成上述診斷實施過程，必須采用建立在計算機技術基礎上的高度自動化、智能化的裝置。目前，各種高效、可靠、適用、方便的監測和診斷系統已進入實用階段，而其中以微機為主體的診斷系統正逐漸成為精密診斷技術中的主導形成。

5 技術狀態識別

故障診斷是一個典型的模式識別過程，而診斷文檔庫中的各種故障樣板模式就是進行技術狀態識別的基礎。所謂技術狀態識別，是指將待檢模式與診斷文檔庫中的樣板模式進行對比，并將待檢模式歸屬到某一已知的樣板模式中去的過程。由此便可判定診斷對象所處的狀態模式是否正常，并預測其可靠性和狀態的發展趨勢。

6 診斷分析

1）設備機組運行情況。與前一時期相比，該機組運行中振動波動增大，在某天下午14：52時2瓦振動最大上漲到123μm。波動范圍32～123μm。2瓦水平振動16：45時之后振動一直超標，振幅基本在80～90μm之間。之后振動的報警值修正為：黃燈2.0米爾，50μm；紅燈3.0米爾，75μm。

2）測振點測試分析圖如下。

a.某石化化肥廠102J-2H振動幅值歷史趨勢圖，如圖2所示。

b.某石化化肥廠102J-2H頻譜圖（2009-07-17 14：52：09），如圖 3 所示。

c.某石化化肥廠102J-2H頻譜圖（2009-07-17 20：15：40），如圖 4 所示。

d.某石化化肥廠102J-2H/2V軸心軌跡圖，如圖5所示。

圖2 2H振動振幅歷史趨勢圖

圖3 2H當前幅值譜圖

圖4 2H當前幅值譜圖

圖5 2H/2V當前軸心軌跡圖

3）檢測技術人員診斷意見。

比較頻譜圖，從軸相對振動信號中可見：振幅大時半頻幅值明顯并增大；振幅小時半頻幅值幾乎沒有；通頻振幅123μm時，一倍頻44μm，半頻89.1μm，通頻振幅32μm時，一倍頻25.9μm，半頻幾乎沒有。還可以看到軸心軌跡在振幅大時是雙環形。在類似的狀態下我們在機組殼體軸承座測得的絕對振動速度信號中，也可以明顯看到頻譜中存在明顯的半頻分量。

從頻譜圖和振動趨勢上看，機組的汽輪機振動存在波動現象，存在2瓦間隙增大問題，且日常磨損分析時油中金屬磨粒增加，說明2瓦在數月運行中，在初始瓦間隙較大的基礎上，間隙又進一步增大，因此，在汽輪機轉子系統受到干擾時振動就明顯增大。

另外，該汽輪機轉子系統動力學特性，存在在某一轉速區間振動較高的問題，也是影響機組振動的因素，這個特性主要與轉速相關。

4）檢測技術人員維修建議：a.盡量保證系統平穩；b.注意瓦溫，適當調整油溫；c.準備好瓦間隙稍小些的軸瓦，條件允許時換瓦。

7 結語

應用故障診斷技術對減少事故發生率和降低維修費方面是可以取得顯著經濟效益。此外，減少惡性事故中的人員傷亡和提高設備維修管理水平還體現其巨大社會效益。

［1］屈梁生，何正嘉.機械故障診斷學［M］.上海：上海科學技術出版社，1986.

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［5］徐章遂，房立清.故障信息診斷原理及應用［M］.北京：國防工業出版社，2000.

（編輯 立 明）

TH45

B

1002-2333（2015）08-0259-03

郭曉寧（1979—），男，碩士，工程師，主要研究方向為化工機械。

2015-05-12