離心壓縮機(jī)在運(yùn)行中的故障分析及檢修技術(shù)

袁旭東(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

煤制氫部離心壓縮機(jī)借助系統(tǒng)合成氣做功，提高氣體壓力以及速度，完成合成氣的運(yùn)輸。對比以往使用較為常見的往復(fù)式壓縮機(jī)，離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，占地面積較小，使用較為方便。該設(shè)備僅有軸承需要進(jìn)行潤滑處理，能夠在最大程度上降低氣體污染情況，應(yīng)用優(yōu)勢明顯。

1 故障分析

1.1 小波分析診斷技術(shù)

就目前而言，小波分析在行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)實現(xiàn)了普及化，診斷效果顯著。小波分析主要借助數(shù)學(xué)模型，經(jīng)計算獲取故障點(diǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)設(shè)備故障診斷。具體對該檢修技術(shù)進(jìn)行分析，包括以下四種：(1)信號突變診斷。該技術(shù)通過獲取多尺度，判斷信號奇異點(diǎn)，經(jīng)噪聲、信號測試，對故障加以判斷。當(dāng)設(shè)備發(fā)生振動故障時，觀測信號產(chǎn)生奇異變化，以此作為重要指標(biāo)，對故障點(diǎn)進(jìn)行確定。(2)信號頻率結(jié)構(gòu)變化診斷。經(jīng)多分辨率分析，觀察信號頻譜變化，結(jié)合某特定時間段內(nèi)的頻率分布，對設(shè)備故障進(jìn)行判斷。當(dāng)發(fā)生故障時，信號頻率結(jié)構(gòu)將會呈現(xiàn)差異。因此，可以此作為指標(biāo)，借助檢測算法，建立在有效計算基礎(chǔ)上，獲取信號特征矩陣，完成設(shè)備故障診斷。(3)系統(tǒng)脈沖檢測。故障多伴隨系統(tǒng)傳遞函數(shù)出現(xiàn)變化，脈沖響應(yīng)函數(shù)也會隨之改變。小波變化技術(shù)可根據(jù)信號變化規(guī)律，完成設(shè)備判斷工作，進(jìn)而確定設(shè)備是否存在故障情況。(4)系統(tǒng)波形特征診斷。小波變換技術(shù)具有過濾作用，可有效實現(xiàn)去噪處理，并進(jìn)一步獲取相應(yīng)的輸出信號，進(jìn)而觀察設(shè)備故障情況。

1.2 故障類型

煤制氫部離心式壓縮機(jī)機(jī)組以定頻電動機(jī)作為動力來源，通過液力耦合器進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，對空冷后的合成氣進(jìn)行一、二段壓縮，產(chǎn)出低壓和高壓合成氣用于氣化爐工業(yè)電視、火檢等設(shè)備的吹掃降溫。結(jié)合設(shè)備實際運(yùn)行，加強(qiáng)信號控制，保持信號處于正常指標(biāo)，對離心壓縮機(jī)運(yùn)行十分重要，一旦信號與工作參數(shù)不符，將引發(fā)故障問題。在該設(shè)備中，故障形式較為多樣，包括轉(zhuǎn)子失衡、軸承溫度高、喘振現(xiàn)象等，若受到劇烈振動影響，設(shè)備將損壞嚴(yán)重。另外，油品不良，導(dǎo)致過濾器壓差高或油質(zhì)乳化也會引發(fā)設(shè)備故障。

1.2.1 振動過強(qiáng)

壓縮機(jī)運(yùn)行初期防喘振閥噪音和震動大，壓縮機(jī)出口壓力控制困難，操作人員只能用工藝副線閥進(jìn)行控制。壓縮機(jī)停機(jī)后下線防喘振閥，拆檢后發(fā)現(xiàn)內(nèi)件損傷極其嚴(yán)重，上導(dǎo)向變形，閥座密封面損傷，閥桿斷裂。振幅過大進(jìn)一步加劇了壓縮機(jī)故障風(fēng)險。在這一過程中，由于系統(tǒng)周期性低頻，若出現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)介質(zhì)倒流，將會產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩情況，進(jìn)而引發(fā)振喘問題，導(dǎo)致設(shè)備部件受損，使整個設(shè)備內(nèi)部存在嚴(yán)重松動情況，無法保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在嚴(yán)重的情況下，還會造成設(shè)備無法運(yùn)行，裝置停工。

1.2.2 離心轉(zhuǎn)子失衡

設(shè)備在實際加工環(huán)節(jié)，受到技術(shù)制約，中心軸不會完全對稱，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)一定偏差。當(dāng)受到離心力干擾時，轉(zhuǎn)子軸承載荷會有所提升。同時，設(shè)備在實際運(yùn)行中多伴隨振動存在，受其影響轉(zhuǎn)子可能出現(xiàn)失衡。對轉(zhuǎn)子失衡進(jìn)行分析，觀察轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率，當(dāng)其達(dá)到峰值時，將會增加轉(zhuǎn)子失衡風(fēng)險。同時，對高次諧波值進(jìn)行觀察，當(dāng)出現(xiàn)正弦波時，也會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子失衡。另外，受到轉(zhuǎn)子軸振值影響，轉(zhuǎn)子失衡風(fēng)險進(jìn)一步增加。總體而言，在旋轉(zhuǎn)體設(shè)計對稱不足的情況下，轉(zhuǎn)子無法在中心軸保持重心，將會引發(fā)轉(zhuǎn)子失衡。同時，內(nèi)部使用材料呈現(xiàn)不均勻情況，也會形成轉(zhuǎn)子失衡。

1.2.3 軸承溫度高

結(jié)合實際機(jī)組運(yùn)行，出現(xiàn)兩種情況：一種是油站過濾器壓差較高，后路潤滑油壓力和流量降低，導(dǎo)致機(jī)組軸承潤滑油量不足，不能滿足潤滑和冷卻要求。另一種是由于油泵運(yùn)行故障，導(dǎo)致油路系統(tǒng)出現(xiàn)問題。同時，沒有定期檢查潤滑油油質(zhì)，受到潤滑油污染影響，將會進(jìn)一步增加摩擦，進(jìn)而導(dǎo)致軸承升溫，設(shè)備無法正常運(yùn)行。

1.2.4 干氣密封效果不佳

煤制氫部離心式壓縮機(jī)采用四川日機(jī)密封生產(chǎn)的干氣密封，利用高壓氮?dú)?5.6 MPa)密封作為一級密封，低壓氮?dú)?0.8 MPa)減壓后作為二級密封和油路系統(tǒng)密封。干氣密封出現(xiàn)損壞，有可能損壞機(jī)體密封，造成工藝介質(zhì)外泄。同時，由于壓力不足造成潤滑油污染密封端面。

1.2.5 出口流量過低

該問題的出現(xiàn)主要與壓縮機(jī)內(nèi)部溫度、阻力以及密度有關(guān)。由于合成氣本身具有較高溫度，進(jìn)入壓縮機(jī)后，會加劇壓縮機(jī)內(nèi)部溫度升高。由于焦過濾器為間斷式反吹，當(dāng)反吹閥門出現(xiàn)故障，壓縮機(jī)受到排氣管網(wǎng)阻力，將會導(dǎo)致流量過低。另外，當(dāng)出現(xiàn)流道阻塞時，或者存在氣體密度下降，也會引發(fā)出口流量下降。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)疑似出口流量過低時，應(yīng)停機(jī)后聯(lián)系維保人員打開壓縮機(jī)蓋，對壓縮機(jī)內(nèi)部進(jìn)行觀察，進(jìn)一步明確壓縮機(jī)故障原因，并展開針對性分析，進(jìn)而提出相應(yīng)的處理措施。同時，操作人員還要注意對設(shè)備油壓下降情況進(jìn)行觀察，判斷是否出現(xiàn)油泵損壞情況。

1.2.6 氣閥故障

氣閥故障的主要表現(xiàn)形式包括彈簧故障、閥片故障等，將會導(dǎo)致壓縮機(jī)無法正常運(yùn)行。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)存在多種方法檢測氣閥故障，除借助同振動信號外，還可以通過設(shè)備沖擊力變化，對氣閥故障進(jìn)行判斷。同時，觀察氣閥片破損，也能夠判斷氣閥是否處于故障狀態(tài)。在使用上述方法的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員還需要注意綜合考慮多方面因素，確保診斷準(zhǔn)確性。

2 故障檢修技術(shù)

2.1 振動處理

煤制氫部離心式壓縮機(jī)防喘振閥是隨壓縮機(jī)成套提供的，廠家計算選型閥門形式選擇為單座閥，閥門口徑為2寸，不適應(yīng)實際工況的運(yùn)行要求。針對該項防喘振閥進(jìn)行技術(shù)改造，閥門設(shè)計壓力達(dá)到13 MPa。壓力極高，使用時很容易造成內(nèi)件的損傷而影響閥門使用，而過高的壓力也會造成閥門振動，噪音過大等隱患。針對這種情況，可采用多級套筒逐級降低介質(zhì)壓力，外側(cè)套筒孔數(shù)大于內(nèi)側(cè)套筒，氣體在套筒流量孔和間隙中流動時逐漸膨脹，壓力逐級降低，可有效降低噪音和振動帶來的危害。通過更新防喘振閥計算選型，閥門形式選擇為套筒閥，閥門口徑為3寸，由壓縮機(jī)廠家提供用于更換的新閥門后，安裝至現(xiàn)場運(yùn)行一年多，閥門振動很小，沒有出現(xiàn)閥桿斷的情況，運(yùn)行情況良好，閥門噪音和振動問題得以解決。

2.2 離心轉(zhuǎn)子失衡處理

具體對轉(zhuǎn)子失衡進(jìn)行分析，針對轉(zhuǎn)子質(zhì)量失衡，技術(shù)人員和操作人員應(yīng)切實加強(qiáng)壓縮機(jī)組的振動檢查，積極分析原因，加大振幅控制力度，確保轉(zhuǎn)子失衡問題得以解決。結(jié)合轉(zhuǎn)子失衡產(chǎn)生過程，操作人員要避免壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過熱，特別在壓縮機(jī)完全停機(jī)以后，應(yīng)立刻對壓縮機(jī)進(jìn)行盤車，使壓縮機(jī)各潤滑點(diǎn)降溫，同時通過選擇低速盤車方式，有效確保運(yùn)轉(zhuǎn)平衡性。針對轉(zhuǎn)子脫落、損壞，應(yīng)及時加強(qiáng)設(shè)備檢查工作，對設(shè)備內(nèi)部存在的污垢進(jìn)行處理，通過保障設(shè)備檢查效果，對設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)，能夠確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效果，提升轉(zhuǎn)子平衡性[1]。

2.3 軸承溫度控制

針對此類型壓縮機(jī)，技術(shù)人員應(yīng)切實加強(qiáng)潤滑油管理，應(yīng)從設(shè)備實際情況出發(fā)，合理選擇潤滑油，在保障潤滑油與設(shè)備相匹配的情況下，進(jìn)一步保障潤滑油質(zhì)量，增加化驗分析的頻率，為壓縮機(jī)運(yùn)行提供保障。同時，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合設(shè)備要求，合理提供充足潤滑油，在最大程度上降低摩擦情況的出現(xiàn)，確保機(jī)組運(yùn)行順暢，進(jìn)而降低軸承溫度，提高壓縮機(jī)運(yùn)行效果。另外，操作人員應(yīng)提高對高位油箱的重視度，上油時采用小流量緩慢控制，并定期檢查高位油箱的液位以及回油情況，以確保壓縮機(jī)在油泵出現(xiàn)故障時，能夠第一時間保證軸承的潤滑，從而保證機(jī)組安全停機(jī)。定期對冷油器進(jìn)行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泄漏或結(jié)垢等問題時，應(yīng)及時對冷油器進(jìn)行清洗和維修。

2.4 干氣密封失效處理

雖然安裝時允許存在一定誤差，但干氣密封屬于精密部件，不正確的安裝和拆卸很容易導(dǎo)致密封損壞，安裝前必須確保工藝管路已完成管道清潔。設(shè)備安裝或運(yùn)行時，若干氣密封受到污染，應(yīng)立即拆除清洗，必要時返廠維修或更換。重新安裝時檢查全部密封區(qū)域，同時進(jìn)行軸向轉(zhuǎn)動檢查和軸向浮動性檢查，在最大極限位置使用最小壓力，避免再次損壞密封。

2.5 加強(qiáng)出口氣量控制

操作人員在啟動壓縮機(jī)前，應(yīng)確保做好工藝管道的吹掃工作，保證工藝管道滿足壓縮機(jī)的運(yùn)行條件，從而優(yōu)化出口氣量。壓縮機(jī)開機(jī)前，應(yīng)落實壓縮機(jī)開機(jī)前的檢查，完成開機(jī)前的儀表調(diào)試，試運(yùn)和氣密性檢查，以免受到封閉性不足影響，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)漏氣情況。另外，應(yīng)注意對出口處各閥門，儀表進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏或故障，應(yīng)及時進(jìn)行消漏和零部件的故障處理，確保氣量控制效果。

2.6 氣閥故障處理

對設(shè)備氣缸進(jìn)行觀察，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異響時，技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步以氣缸作為重點(diǎn)，落實相應(yīng)的檢查工作，及時對氣缸內(nèi)部雜質(zhì)進(jìn)行處理，對相關(guān)異物進(jìn)行清除，以免導(dǎo)致氣閥損壞[2]。應(yīng)提高對氣缸維護(hù)的重視度，定期內(nèi)對雜質(zhì)以及異物進(jìn)行處理。如果氣缸損壞較為嚴(yán)重，可直接進(jìn)行更換。同時，在氣閥縫隙不足的情況下，將會引發(fā)相關(guān)氣閥問題，因此從該角度出發(fā)，應(yīng)做好氣閥調(diào)整工作，確保氣閥各項參數(shù)始終處于規(guī)定要求內(nèi)。壓縮機(jī)周期運(yùn)行時間較長，并且在多年使用下，壓縮機(jī)容易出現(xiàn)故障，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障原因為氣缸存在異物，同時氣閥、氣閥片出現(xiàn)不同程度上的損壞時，應(yīng)立即對異物進(jìn)行拆檢清除，進(jìn)一步對氣閥、氣閥片進(jìn)行更換。另外，部門進(jìn)一步制定了維護(hù)計劃，定期對設(shè)備進(jìn)行停機(jī)檢查，并完成氣缸清洗工作，截至目前，設(shè)備運(yùn)行可滿足部門長周期運(yùn)行要求。同時針對氣閥故障，如果故障原因為傳動機(jī)故障，應(yīng)注意對排氣、進(jìn)氣閥進(jìn)行更換，以免因為問題解決不及時，導(dǎo)致內(nèi)部零件出現(xiàn)松動情況。因此，在更換氣閥的同時，加強(qiáng)零件檢查工作，為有效降低零件脫落風(fēng)險，應(yīng)對零件進(jìn)行緊固處理，并對已經(jīng)老化的零件進(jìn)行更換，以免出現(xiàn)零件脫落情況，導(dǎo)致設(shè)備故障更加嚴(yán)重[3]。

3 檢修優(yōu)化措施

總體而言，各類已經(jīng)成熟化的診斷技術(shù)已逐漸應(yīng)用到壓縮機(jī)診斷工作中，有效提升檢修效率，確保能夠及時獲取故障點(diǎn)定位。除落實檢修技術(shù)外，還要配套相應(yīng)的檢修措施，健全檢修制度，為檢修技術(shù)的應(yīng)用提供指導(dǎo)，確保故障問題得到有效處理。

基于設(shè)備自身故障問題，技術(shù)人員應(yīng)堅持對癥下藥的原則，切實采取針對性故障解決措施。針對臨界振動故障，應(yīng)對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)振動控制，進(jìn)而解決故障。針對油膜故障，應(yīng)合理調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合設(shè)備實際需求，對各項參數(shù)加以控制，降低振蕩問題。針對喘振故障，需要合理優(yōu)化工作參數(shù)，配套相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)，升速降速快速跨過喘振區(qū)，同時研究防喘振閥門的工作情況，避免喘振的發(fā)生。基于輔助系統(tǒng)故障問題，技術(shù)人員應(yīng)著重加強(qiáng)零部件檢查工作，一旦零部件出現(xiàn)損壞、松動情況，將會進(jìn)一步引發(fā)輔助系統(tǒng)故障，應(yīng)建立常態(tài)化檢查措施，確保輔助系統(tǒng)得到有效管控。

部門根據(jù)氣化工藝使用條件，優(yōu)化了壓縮機(jī)使用性能，調(diào)整了壓縮機(jī)一、二段合成氣的出口壓力。完善了日常巡回檢查制度，對壓縮機(jī)零部件損壞情況進(jìn)行了詳細(xì)記錄，同時對機(jī)械零件進(jìn)行處理，涵蓋雜物零件需要進(jìn)行清洗、損壞零件則應(yīng)直接更換。技術(shù)人員應(yīng)做好元件故障排查工作，通過引進(jìn)先進(jìn)檢修設(shè)備，確保能夠有效縮小誤差，提高檢修準(zhǔn)確性。另外，相關(guān)維保單位應(yīng)落實檢修人員培養(yǎng)工作，成立設(shè)備特護(hù)小組，對內(nèi)部工作進(jìn)行分工，實現(xiàn)專人負(fù)責(zé)專門的設(shè)備，確保設(shè)備能夠得到專業(yè)養(yǎng)護(hù)，進(jìn)而保障設(shè)備使用效果[3]。

4 結(jié)語

離心壓縮機(jī)在煤氣化中有著至關(guān)重要的地位，其不僅在結(jié)構(gòu)方面存在明顯優(yōu)勢，并且價格相對便宜。但是同樣要注意加大對設(shè)備的質(zhì)量控制，通過明確設(shè)備常見故障原因，積極引進(jìn)先進(jìn)診斷技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障進(jìn)行定位，并采取有效檢修技術(shù)，在優(yōu)化檢修效率的同時，確保設(shè)備使用質(zhì)量。