大型透平離心壓縮機試車期間狀態監測及故障處理

韓斌(遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司,遼寧 阜新 123000)

作為空分裝置中的重要設備，離心壓縮機是一種高轉速、高功率，而且是制造精度非常高的轉動機械。運行中常出現各種故障，而振動是壓縮機常見的故障，其監測的振動信號能及時的反應出機組運行狀態信息。造成新機組運行中振動增大的因素有：轉子不平衡，軸系不對中，基礎松動，轉子磨損，機組裝配間隙小，葉片脫落，機內有雜物，機組配管存在外應力等，既影響壓縮機的壽命又影響生產效率，這里就某化工廠空分裝置I系列壓縮機組試車期間出現的振動高，流量低故障進行分析診斷，對處理過程進行經驗交流。

1 設備簡介

本離心壓縮機組主要由DMCL1204+2MCL1203+3BCL527離心壓縮機、汽輪機及增速器組成，各部機之間由kopflew公司設計制造的膜盤聯軸器相連接。壓縮機共分為三缸、六段、十四級，經四次中間冷卻和兩次水汽分離。由圖1可知，本機組由汽輪機拖動，采用一拖三形式，汽輪機為雙出軸，一端直接帶動空壓機，另一端通過增速器增速后拖動增壓機。

圖1 壓縮機組布置圖

2 設備故障特征

空分裝置I系列壓縮機組于2013年9月25日開始三機聯動試車，機組開車前，增壓機入口閥門全關，開車氣源來自增壓機進口儀表氣管路。17:16冷態啟動空氣壓縮機組，17:20機組轉速達到800rpm，暖機約30分鐘，在暖機期間，操作人員發現增壓機三段進口流量偏低，現場開打增壓機入口補氣閥。

17:49開始升速，控制程序按照一定速率爬坡，同時逐漸增大空壓機、增壓機入口導葉的開度。操作人員發現增壓機三段進口流量持續偏低，流量并未隨增壓機進口導葉開大而升高。同時增壓機振動測點VIA142、VIA143隨轉速升高而逐漸增大，17:50轉速升至1320rpm時，由于震動測點VIA143達到93um，超過聯鎖值，機組跳車；17:56啟動頂軸油泵及盤車電機。

20:00再次啟動壓縮機組，增壓機振動測點VIA143均達到聯鎖值，振動測點VIA142接近聯鎖值。同時增壓機三段進口流量持續偏低。

3 數據采集、狀態監測

根據離心壓縮機組升速期間，VIA143振動值逐漸增大，增壓機三段進口流量偏低，進行數據采集頻譜分析。

圖2 增壓機波形頻譜圖

圖2波形頻譜圖中，通頻波形為純正弦波，自振動趨勢增大開始，對應的各轉速下，諧波能力主要集中在轉子的工作頻率（1X）上，其占主導地位，低頻及高頻成分不明顯。通常情況下，高振動幾乎只限于一個轉子，這與不平衡或不對中不同，因為不平衡和不對中引起的高振動不只限于一個轉子[1]。當轉子出現平行不對中時，其2倍轉頻突出，而角度不對中時則出現同頻振動，即多倍頻振動。圖2中并沒有出現多倍頻諧波，表明振動不是不對中引起。初步分析振動增大的主要原因是：轉子不平衡，可能是轉子上的垢層脫落、或他物體脫落等造成此類振動。增壓機三段進口氣體流量偏低可能是設備或管線法蘭連接處存在盲板或盲墊，或級間管線存在雜質阻塞空氣進口。

圖3 增壓機軸心軌跡圖

圖3所示自振動趨勢增大開始,各轉速下,軸心軌跡近似橢圓。說明這時基頻為主要振動成分，如果振幅值不高，說明機組運行穩定，如果振幅值比較高，則重點懷疑不平衡故障。

不同的軸心軌跡反映著轉子運動狀態或故障的基本信息，比如不平衡故障使軸心軌跡呈橢圓形，不對中故障使軸心軌跡呈外8字形，油膜渦動故障使軸心軌跡呈內8字形[2]。如果軸心軌跡的形狀及大小的重復性好，則表明轉子的渦動是穩定的；否則，就是不穩定的。轉子發生亞異步自激振動時，其軸心軌跡往往很不穩定，不僅形狀及大小時刻在發生較大的變化，而且還會出現大圈套小圈的情況。因此判斷不平衡非轉子本身制造誤差或材質不均勻造成，而此機組為初次試車，若出廠時動平衡沒有達到平衡精度要求，在投用之初，便會產生較大的振動。所以排除原始不平衡。若是增壓機級間管線存在盲板或盲墊，進氣量將為零，隨著轉速的升高，將會造成級間管線發生喘振，軸心軌跡將會紊亂。

圖4 增壓機波德圖

圖4波德圖中,監控數據顯示相位隨工作轉速漸變,振幅逐漸增大,重復性較好。機組經過多次啟動，發現振值隨轉速升高而逐漸升高，并未隨運行時間的延長而逐漸增大，因設備為初次試車，并不存在轉子上結垢，介質中為潔凈的空氣，不會出現粉塵等的不均勻沉積物或顆粒對葉片及葉輪產生不均勻磨損及對轉子磨蝕等因素，初步排除因漸發性不平衡。而振值并未出現突然顯著增大現象，振動的通頻振幅并未出現瞬間升高，排除由于轉子上零部件脫落或葉輪斷裂造成機組振值突然顯著增大。

4 故障分析診斷

該離心壓縮機組自安裝后，分別經過汽輪機單體試車，汽輪機—空壓機聯動試車，運行一直平穩，此次進行三機聯動試車，增壓機初期振動測點值偏高，三段進口管線流量偏低，操作人員打開增壓機補氣閥后，機組開始升速，三段進口流量并未隨增壓機進口導葉開度增大而增大。

根據初期狀態分析，若是設備或管線法蘭連接處存在盲板或盲墊，進氣量幾乎為零，隨著轉速的升高，將會造成級間管線發生喘振，機組和管道將會劇烈震蕩，根據監控顯示，進口流量并不為零，有一定的低流量，現場機組和管線并未產生劇烈震蕩。增壓機三段進口設有止逆閥，初步分析止逆閥銹蝕卡澀或增壓機流道阻塞，造成進口流量偏低，引起機組振動。

后期壓縮機組升速后，振動測點達到聯鎖值，根據上述頻譜圖分析診斷，判斷此次振動為典型的不平衡現象，可能由于設備或管道內存在雜質，造成轉子不平衡引起振動，需要拆缸檢查。

5 機組檢修

現場組織人員對設備及管線法蘭連接處檢查，未發現有盲板、盲墊存在。現場將增壓機三段進口管線止逆閥拆卸檢查，發現閥門嚴重銹蝕，閥瓣不啟動，阻塞流道，造成三段進口流量偏低，經清洗打磨處理后回裝。

對增壓機進行拆缸檢查發現二段吸入口管道存有施工人員使用過的手套，由于手套在機組運行階段被卷入增壓機二段入口葉輪，使葉輪產生了附加的離心力，進而造成轉子不平衡而引起振動。后將級間管道徹底清理并回裝后，再次啟動壓縮機組軸振動達到正常值范圍，增壓機三段進氣恢復正常值。

6 結語

本文在分析大型透平離心壓縮機試車期間出現的振動高，空氣流量低等問題上，進行在線監測，結合頻譜分析，能夠較準確地掌握機組運行狀況，進行生產中的事故診斷，得出解決措施。同時建議加大機組安裝、拆檢跟蹤檢查力度，尤其類似級間管道這種隱蔽工程，在此類管道與設備對口時需嚴格進行檢查確認，以確保機組級間管道內的清潔度符合工藝要求。

[1]申甲斌.常見三種機械松動的振動頻譜分析[J].中國設備工程，2008,52-55.

[2]萬書亭.李和明.汽輪發電機組軸心軌跡進動方向自動識別新方法[J].中國電機工程學報.2003,3(23)：146-149.