尾氣壓縮機振動原因分析及對策

肖建勇

摘要：本文詳細描述了聚丙烯裝置中尾氣壓縮機振動異常情況，結合往復機的工作原理，分析現象產生的真實原因，提出有效的解決措施，徹底解決壓縮機振動問題。

關鍵詞：往復式壓縮機;振動;基礎;灌漿;墊鐵;對策

往復式壓縮機是目前在我國應用最廣泛的一類壓縮機，廣泛應用于化工生產中，用以提高氣體壓力，并輸送氣體。聚丙烯裝置中的尾氣壓縮機常采用往復式壓縮機，將粉料倉的氣體收集、增壓后輸送至反應系統繼續利用。

中國石化廣州分公司聚丙烯-3裝置的尾氣壓縮機選用了國內某著名廠家制造生產的往復式壓縮機，其結構為二列三級立式迷宮壓縮機，氣缸為無油潤滑、水冷式雙作用，由電機驅動，將工藝氣體由0.02 Mpa（G）壓縮至2.7Mpa（G），體積流量為87 m3/min，壓縮機為單層平面布置，其整機結構簡圖見圖1。

該壓縮機在運行中發現振動偏大，對壓縮機的電機、缸體、地腳螺栓、主軸瓦部位進行測量，缸體處振動烈度最大達到10mm/s，地腳螺栓處振動烈度最大達3.8mm/s，同時設備基礎的二次灌漿層出現開裂現象，嚴重影響了設備的穩定運行。

一、壓縮機振動機理

導致往復式壓縮機振動的常規原因有多種：壓縮機安裝不當引起、壓縮機結構帶來的慣性力和力矩不平衡引起、壓縮機氣流脈動引起、壓縮機基礎設計不合理引起等，區分壓縮機的振動機理，找對影響壓縮機振動的振源，才能從根本上解決壓縮機振動問題。

（一）安裝和使用不當引起的振動

壓縮機螺栓松動，機身水平度不符合要求，對中不好，裝配間隙過大，死點間隙過小，活塞桿跳動過大，運行工況超出設計范圍，壓縮比偏大等都會引起壓縮機機組的振動。

（二）壓縮機結構帶來的慣性力不平衡

往復式壓縮機在運轉時，活塞組件和曲柄——連桿機構是在做加速或減速運動，所以存在旋轉慣性力和往復慣性力，當這些力沒有被平衡掉時，就會使機器在運轉過程中承受周期性的交變載荷，從而使基礎和機器發生振動。

（三）壓縮機氣流脈動

往復式壓縮機的供氣是不連續的，壓縮機吸氣 、排氣呈間歇性和周期性變化，必將激起管內氣體呈脈動狀態，致使管內介質的壓力、速度、密度等隨時間作周期性變化，這種現象叫氣流脈動。氣流脈動會對管路中的氣體形成一定的激發或者干擾。當激發頻率與管道內氣體固有頻率一致時，就會形成共振，更加增強管路內的氣流脈動，此時管路的振動會成倍增加。

（四）壓縮機基礎設計不合理引起的振動

壓縮機應保證基礎的結構強度，保證基礎的振動不得超過允許值。一般壓縮機的基礎質量應為不平衡擾力的 15～20 倍，允許的最大振幅為200 um，最大振動速度不應大于6.3mm/s，同時避免基礎落入壓縮機的擾力的共振范圍之內。

二、尾氣壓縮機振動原因分析

根據上述振動機理對尾氣壓縮機振動進行原因分析，以期找到機組振動的根本原因，從而消除振動。

（一）檢查尾氣壓縮機的安裝和運行情況

檢查機組的安裝、對中、內部裝配間隙、運行等情況，均符合設計要求，檢查地腳螺栓，無松動現象。

（二）檢查尾氣壓縮機的結構情況

尾氣壓縮機共有四列，對應曲軸有四列曲柄，對稱兩列為一組，每組互為90°，此布置方式可以很好地平衡曲軸旋轉時因曲柄錯角作周期性變化產生的慣性力矩，從而減小壓縮機的振動。

（三）檢查尾氣壓縮機氣流脈動情況

機組管道設置不合理，氣流脈動導致機組振動是一種常見的原因，為了確認機組是否存在脈動引起的共振，按API618標準的近似設計方法三所要求的分析內容，對機組整個系統在正常負荷情況下進行脈動分析，判斷是否會發生共振。

采用得到國際普遍認可的專業管道應力分析軟件CAESARⅡ，按照配管圖以及應力分析的邊界條件建立三維管道系統的力學模型，將機組管道系統劃分成四個分析單元系統，分析計算出各點對應于頻率的共振頻率放大函數值和允許脈動值：

API618所允許壓力不均勻范圍，按第三種近似方法要求如下：

壓縮機氣缸法蘭處允許的脈動值Pef： 3R%或7%取二者較小值;

Pl? 為與基頻和諧頻相應的各單獨脈動部件的最大許用峰-峰值，用管線平均絕對壓力的百分比來表示;

a? ?為氣體的聲速，單位為m/s;

PL? 為平均絕對壓力，單位為bar;

f? ?為脈動頻率，單位為HZ。

2、脈動抑制裝置允許壓降：△P%或0.25%取二者較大值。

式中：

ΔP 為基于通過脈動抑制裝置的穩定流的最大壓力降，用裝置進口平均絕對管線壓力的百分比表示;

R為級壓力比。

通過分析計算，機組管道系統各單元均處于較低共振頻率放大函數水平，各緩沖罐造成的壓降符合API618要求，系統不會出現共振現象。

（四）檢查尾氣壓縮機基礎情況

壓縮機的基礎設計為：基礎采用C30混凝土，罐漿料為HL40，為V型結構， C30混凝土按一方2.3噸計算：

基礎的重量[ 2.3*3.26*1.65-（1.56+1）*0.53*3.26/2）]*2.3*10≈234KN

壓縮機設計的不平衡擾力：11.61KN

基礎重量與平衡擾力的倍數關系234/11.61≈20

基礎的重量滿足壓縮機不平衡擾力的 15～20 倍這一要求。

（五）現場檢查情況

根據上述分析結果，導致機組異常振動的原因不是基礎設計、壓縮機結構設計和裝配、管道布置等，問題應該出在現場的安裝質量。檢查現場，發現壓縮機的基礎二次罐漿層有開裂現象，將二次灌漿層破除后，發現一次灌漿料發軟，強度遠未達到≥70MPa的設計強度要求，因此，可以確定一次灌漿不合格是導致壓縮機振動的主要原因。

三、尾氣壓縮機振動處理方法

根據排查出的原因，制定消除振動的處理辦法，最直接的方法是將壓縮機的基礎拆除，重新澆筑，但此方法要重新制作基礎，所需時間很長，而且壓縮機組所有管線、緩沖罐、級間冷卻器、潤滑油站等都已全部安裝定位，需要全部重新進行安裝，涉及工程量巨大，無論從時間、資金、人力方面考慮，此方法均不可取。

基于灌漿料發軟的情況，可以考慮采用人工拆除地腳螺栓，重新進行灌漿的方法。此方法只需將壓縮機機體拆走，清除干凈灌漿料，取出地腳螺栓，回裝時利用電機作為基準進行安裝，涉及面較小，只需對壓縮機出入口管線進行適當調整或配管即可。此方法雖然不如第一種方法徹底，但是可實施性高，并且也能夠滿足安裝要求，因此決定按此方法進行處理。

通過人工清理方式將壓縮機基礎地腳螺栓拆除。在回裝時，調整機組水平，然后以電機為基準進行初步找正，進行一次罐漿。為了減少養護時間，選用C60高強無收縮料作為灌漿料。采用座漿法進行墊鐵的安裝可以進一步縮短工期，座漿法相對其余墊鐵安裝方式具有施工效率高、安裝質量好、施工步驟簡單等優勢。最后一步，進行電機與壓縮機的對中，使同心度達到0.05mm內，壓縮機的重新安裝就完成了，整個施工的工期大約需要25天。

四、 結論

2019年10月，裝置利用停車消缺機會按上述方法進行了處理，尾氣壓縮機運行穩定，機組振動明顯下降，壓縮機缸體處振動烈度降為3.0mm/s，地腳螺栓處振動烈度降至0.6mm/s，說明此方法有效解決了尾氣壓縮機振動的問題。

參考文獻

【1】郁永章、容積式壓縮機技術手冊[M]、北京機械工業出版社，2000

【2】李云，姜培正、 過程流體機械[M]、北京：化學工業出版社、2010

【3】SH3091—1998、石油化工壓縮機基礎設計規范[S]

【4】API618—5th、石油、化工、天然氣工業用往復式壓縮機[S]

【5】楊保江、往復式壓縮機組的振動機理及其控制

【6】壓縮機隨機資料