連續(xù)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)組故障診斷及原因分析

杜榮林

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516084）

連續(xù)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)組故障診斷及原因分析

杜榮林

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516084）

采用阿爾斯通創(chuàng)為實(shí)S8000在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，成功預(yù)測(cè)了2.0 Mt/a連續(xù)重整裝置關(guān)鍵壓縮機(jī)組循環(huán)氫壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)子失衡故障，為機(jī)組操作與維修提供了正確決策依據(jù)。

壓縮機(jī)組；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷；失衡；預(yù)測(cè)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.62

0 引言

中海油惠州石化有限公司連續(xù)重整裝置采用美國(guó)環(huán)球油品公司（UOP）超低壓連續(xù)重整專利技術(shù)，設(shè)計(jì)規(guī)模為2.0 Mt/a。循環(huán)氫壓縮機(jī)組（110-K-201）是該裝置的關(guān)鍵機(jī)組之一，主要作用有2個(gè)：①維持重整反應(yīng)器所需的循環(huán)氫流量，確保反應(yīng)正常進(jìn)行；②將生成的氫氣加壓后送至重整氫增壓機(jī)，由增壓機(jī)送至系統(tǒng)管網(wǎng)。由于重整循環(huán)氫流量較大，最高可達(dá)317 000 m3/h，機(jī)組葉輪直徑接近1 m，國(guó)內(nèi)尚無(wú)此類(lèi)產(chǎn)品，因此采用美國(guó)DR公司新開(kāi)發(fā)的、較為先進(jìn)的DATUM機(jī)型壓縮機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)全廠蒸汽逐級(jí)利用，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)采用高壓背壓式汽輪機(jī)，進(jìn)汽壓力9.5 MPa，排汽壓力3.5 MPa。機(jī)組潤(rùn)滑油站設(shè)有2臺(tái)油泵，均由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，正常生產(chǎn)時(shí)1開(kāi)1備。鑒于高壓蒸汽透平溫度高、停機(jī)后冷卻時(shí)間長(zhǎng)，因此1臺(tái)油泵配備EPS電源。正常生產(chǎn)中2臺(tái)油泵均由市電供電，市電停電時(shí)潤(rùn)滑油A泵可自動(dòng)切換至EPS電源，在全廠性停電時(shí)能夠保證向機(jī)組供油30 min。裝置于2009年4月26日一次開(kāi)車(chē)成功后，機(jī)組一直運(yùn)行平穩(wěn)。

1 故障發(fā)生概況

2011年7月11日，重整裝置因故緊急停工，循環(huán)氫壓縮機(jī)110-K-201同步停機(jī)，兩路電網(wǎng)均停電，以備用電源維持機(jī)組潤(rùn)滑油供應(yīng)。由于汽輪機(jī)工作溫度較高，在EPS電源用完后汽輪機(jī)軸瓦溫度一度達(dá)到166℃，之后接通臨時(shí)電源恢復(fù)潤(rùn)滑油泵供油，機(jī)組按正常停機(jī)維護(hù)，檢查透平軸承未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。停機(jī)前機(jī)組振動(dòng)在20 μm以內(nèi)，趨勢(shì)較平穩(wěn)。7月16日9：15左右開(kāi)機(jī)，升速至4090 r/min運(yùn)行十幾分鐘后，壓縮機(jī)振值從6 μm升至36 μm，持續(xù)十幾分鐘后，振動(dòng)值降至16 μm，工頻相位亦有相應(yīng)變化。穩(wěn)定運(yùn)行24 h后機(jī)組升速至5200 r/min，壓縮機(jī)振動(dòng)值36 μm，較停機(jī)前大，驅(qū)動(dòng)端軸承VE26401Y最大振動(dòng)值40 μm。測(cè)點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)圖1。

圖1 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)及參數(shù)

表1 停工前后軸振動(dòng)對(duì)比 /μm

表2 停機(jī)前后軸振工頻相位對(duì)比

圖2 機(jī)組停工前后壓縮機(jī)振動(dòng)變化趨勢(shì)

圖3 壓縮機(jī)開(kāi)機(jī)過(guò)程振動(dòng)變化趨勢(shì)

2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)

2.1 機(jī)組停工前后壓縮機(jī)的振動(dòng)變化（圖2）

2.2 壓縮機(jī)開(kāi)機(jī)過(guò)程振動(dòng)變化趨勢(shì)（圖3）

2.3 壓縮機(jī)各測(cè)點(diǎn)波形圖和頻譜圖（圖4）

2.4 壓縮機(jī)各測(cè)點(diǎn)軸心軌跡圖（圖5）

2.5 軸振動(dòng)變化對(duì)比（表1、表2）

3 振動(dòng)特點(diǎn)分析

（1）停機(jī)前機(jī)組振動(dòng)較小，趨勢(shì)較平穩(wěn)，其中壓縮機(jī)最大20 μm。

（2）開(kāi)機(jī)后轉(zhuǎn)速為5253 r/min時(shí)，壓縮機(jī)側(cè)VE26401X，VE26401Y振動(dòng)增幅加大，VE26401X從12.8 μm增大到40 μm，VE26402X，VE26402Y增幅稍小，透平振動(dòng)增幅不大，各點(diǎn)均＜3 μm。

（3）壓縮機(jī)軸振動(dòng)頻率成分主要是工頻，倍頻及其他成分極小。壓縮機(jī)內(nèi)側(cè)軸心軌跡呈圓形，光滑，重復(fù)性好。外側(cè)亦呈圓形，有棱角，重復(fù)性好，波形光滑。

（4）振動(dòng)上升主要是工頻幅值上升造成的，停機(jī)前后相位有一定變化，最大的測(cè)點(diǎn)變化約50°。

（5）7月16日開(kāi)機(jī)，轉(zhuǎn)速4093 r/min時(shí)已經(jīng)表現(xiàn)出較大振動(dòng)。6月16日，轉(zhuǎn)速4094 r/min時(shí)VE26401X振動(dòng)值6.3 μm，VE26401Y振動(dòng)值5.4 μm；7月17日，轉(zhuǎn)速4093 r/min時(shí)，VE26401X振動(dòng)值13.4 μm，VE26401Y振動(dòng)值12.8 μm。

圖4 壓縮機(jī)各測(cè)點(diǎn)波形和頻譜

（6）升速過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速為4090 r/min時(shí)，振動(dòng)由6 μm升至37 μm的振動(dòng)特征與5200 r/min時(shí)基本相同，即振動(dòng)頻率成分主要是工頻，倍頻及其他成分極小，軸心軌跡呈圓形、光滑、重復(fù)性好。

4 分析結(jié)論

機(jī)組未出現(xiàn)動(dòng)靜碰摩，無(wú)明顯的對(duì)中不良跡象，壓縮機(jī)振動(dòng)增大主要表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子失衡的特征，原因可能有2個(gè)，一是轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡，二是軸彎曲。

圖5 壓縮機(jī)各測(cè)點(diǎn)軸心軌跡圖

轉(zhuǎn)速4093 r/min時(shí)已有明顯的振動(dòng)異常，因此轉(zhuǎn)子失衡發(fā)生在轉(zhuǎn)速5253 r/min之前。從4090 r/min時(shí)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)變化及相位變化來(lái)看，可能發(fā)生了2次垢物脫落現(xiàn)象（兩次脫落部位的相位差成鈍角）。

分析認(rèn)為，故障停機(jī)前葉輪上有均勻的銨鹽結(jié)晶，由于垢物與金屬膨脹系數(shù)不一致，停機(jī)后溫度變化引起垢物局部脫落，可能是轉(zhuǎn)子失衡的原因。目前振動(dòng)偏大但較穩(wěn)定，振值仍在許可范圍內(nèi)，可以堅(jiān)持運(yùn)行，并關(guān)注振動(dòng)變化。如果振動(dòng)增大是由氨鹽垢物脫落所致，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加振動(dòng)有望逐漸降低。

當(dāng)然，轉(zhuǎn)子失衡不能完全排除聯(lián)軸器的影響和停機(jī)過(guò)程中發(fā)生軸彎曲的情況。檢修時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查轉(zhuǎn)子上垢物的沉積情況，以及轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡、軸彎曲、聯(lián)軸器是否有缺陷。

5 結(jié)束語(yǔ)

2011年10月，機(jī)組按計(jì)劃停工，對(duì)機(jī)組解體后檢修發(fā)現(xiàn)：①機(jī)組葉輪存在銨鹽結(jié)晶情況；②在隔板內(nèi)發(fā)現(xiàn)一塊30 mm× 20 mm鋼板（可能是從管道件脫落后進(jìn)入機(jī)體內(nèi)），加劇了轉(zhuǎn)子失衡現(xiàn)象；③機(jī)組未發(fā)現(xiàn)明顯碰磨現(xiàn)象。經(jīng)檢測(cè)，軸無(wú)彎曲，聯(lián)軸器也不存在缺陷。這在一定程度上驗(yàn)證了此前的預(yù)測(cè)結(jié)論是正確的，采取的措施也是有效的。

［1］陳大禧，朱鐵光.大型回轉(zhuǎn)機(jī)械診斷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］樓建忠，杜文紅.大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械質(zhì)量不平衡故障的研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2008（10）：23-26.

［3］張祖德.旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子不平衡的故障診斷［J］.特鋼技術(shù)，2008，14（57）：49-52.

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〔編輯 吳建卿〕