石化行業壓縮機振動異常的高頻故障問題分析

邵永帥

（中國石油大慶石化公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

壓縮機是將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動的流體機械，是石油化工生產裝置中轉動設備的主力核心，其“長、滿、優”的穩定運行工況能確保石化裝置正常生產。目前壓縮機在工業生產中發揮著重要作用，直接決定了企業所使用的關鍵技術。生產裝置需要讓壓縮機在日常工作中能發揮出最大的功效與潛力，并且避免出現任何運行問題，因此平穩長周期運行是一個企業能在激烈的競爭市場中存活和發展的重要前提。

1 壓縮機振動異常的高頻故障問題

1.1 機組喘振

壓縮機運行中一個特殊現象就是喘振，大量事實證明壓縮機的很多事故與喘振有關，因此防止喘振是壓縮機運行管理的重點工作。喘振危害極大的原因是，發生喘振時氣流會產生強烈的往復脈沖，來回沖擊壓縮機轉子及其他部件，無規律的高烈度震蕩會引起機組振動升高，引發較為嚴重的后果。

1.2 機組振動

當溫度達到85 ℃以上時裂解氣中不飽和烴開始結焦發生聚合反應，形成類似焦油的黏稠沉淀物，附著在壓縮機內部零件上，引起轉子的動平衡偏差，導致壓縮機振動。

1.3 機封泄漏

石化生產裝置中設備運行環境比較復雜，轉動設備的機械密封及機泵選型至關重要，良性合理的結構設計會大幅增加設備運行的周期壽命，提高生產效率。機封泄漏的原因主要有4 個。

（1）振動異常或持續偏高。振動導致的機械密封動環不規律補償，密封副之間存在非良性接觸，從而引起的機封失效。

（2）沖洗不良。由于機封的自沖洗或外沖洗流程異常，引起密封副間缺少沖洗液的潤滑、降溫、沖洗，導致機械密封失效。

（3）介質聚合/結焦。介質側的不可逆聚合反應，會引起機械密封、波紋管等彈性元件的補償效果減弱或失效。

（4）機械密封或機泵選型設計缺陷。由設計缺陷或選型錯誤引起的泄漏故障也較為常見，需要進行科學評估改型，如腐蝕介質未選用屏蔽式、復雜性介質未選用雙端面機封等。

1.4 盤車故障

轉動設備在啟機前需要進行必要的盤車操作，但偶然也會出現盤車異常等情況。盤車異常的原因主要有4 種。

（1）機械問題。軸承存在損傷或剮蹭現象，盤車存在卡點。

（2）溫變問題。轉子局部受熱不均，或動靜間隙膨脹不均、導致盤車卡澀。

（3）介質凝堵。由于介質側流通不暢或聚合嚴重，導致葉輪無法轉動。

（4）轉子撓度。轉子靜置時間過長，導致下垂撓度過大，也會引起盤車故障。

1.5 溫度異常

設備運行中引起機體或電機溫度異常情況有以下5 種。

（1）潤滑異常。軸承的潤滑異常，如缺少潤滑會導致軸承出現干磨等初期問題，進而引起軸承發熱。

（2）環境溫度。廠房內部空氣流通不暢，尤其在夏季（或介質側散熱量較大），引起環境溫度偏高，容易引發電機繞組等部位出現超溫情況。

（3）電機內置風道或風扇積灰。風道或風扇的逐漸積灰，會引起電機內部的熱量無法被快速帶出，造成電機的軸承溫度和繞組度持續升高。

（4）過量加注潤滑脂。這會使摩擦力矩增大，出現明顯溫升，當軸承箱內剩余空間不足時這些熱量無法有效消散，進而導致軸承溫度異常。而持續高溫又會快速油脂氧化及油液析出（即油液從稠化劑中分離的速度），最后油脂會變稠、局部變質為堅硬的堆積物，會加速滾動元件的磨損、導致機件失效。

（5）軸承箱本體缺少冷卻流程。一些機泵在設計制作時，軸承箱未選用安裝冷卻盤管，導致轉動設備在運行時容易引起軸承箱體溫度偏高。

1.6 流量異常

轉動設備在日常運行時會出現流量偏離問題，經大量經驗分析后認為3 個主要誘因為：

（1）管路流程異常。出口或入口線出現不暢跡象，離心泵無法有效做功，表現為電流超高或過低。

（2）機泵抽空。由于介質溫度過高或組分過輕，經過葉輪做功后介質汽化引起的流量異常（汽蝕），或者由于管線流程、工藝操作原因，導致液態介質帶氣，影響機泵正常做功（氣縛）。

（3）機械問題。葉輪與泵體間隙過大，降低了機泵的揚程和效率。往復泵的單向閥小球卡澀、密封失效、隔膜破裂、傳動機構失效等，同樣也會引起轉動設備的輸出流量異常。

2 壓縮機振動異常高頻故障的預防措施

2.1 機組喘振

在機組運行時，喘振跡象一般率先表現為流量大幅下降，機組排出量明顯降低，出口壓力波動，同時機組產生強烈振動并伴有間斷低沉的“吼聲”[1]。機組喘振也可以通過儀表運行參數配合性能曲線進行判斷，機組喘振發生的條件為：①流量過小，即流量降到該轉速下的喘振流量；②管網系統內的氣體壓力大于一定轉速下機組可輸出的最高壓力。

為避免和預防喘振，應做好以下4 項工作：①根據壓縮機性能曲線，控制防喘裕度；②在升壓和變速過程中強調“升壓必先升速，降速必先降壓”的原則；③確保壓縮機的入口氣體流量；④防喘閥門開啟和關閉須緩慢操作。

2.2 機組振動

為防止級間結焦，機組運行過程中會設置注油系統、注劑系統和注水系統。

（1）注油是通過將洗油的液滴分散在介質氣體中，在流道表面形成一層保護膜，減小其聚合物的粘附作用[2]。

（2）注劑是在壓縮機各段吸入管線上注入的阻聚劑和分散劑，通過阻聚劑的抑制結焦和分散劑的焦層剝離作用，減少管線和機組內部的結焦情況。

（3）注水是在機組的回流彎道上加注，以降低排出溫度、弱化不飽和烴的結焦情況。

為了保證機組的長周期運行，就要保證注油、注劑及注水系統的暢通，同時要動態調整注入量。

2.3 機封泄漏

保證機泵優良穩定的運行工況、有效的密封沖洗和科學合理的設計選型，可以徹底解決機封泄漏問題。這里重點介紹機封泄漏后是否仍支持連續運轉的情況：單端面機封，短時間應急情況下可保證持續運轉，因為沖洗油仍可以持續注入，確保密封副處的降溫與潤滑，但泄漏會導致現場出現污染；雙端面機封，當密封油罐的密封油液位快速泄漏降低時應盡快停泵檢修，因為此時密封副已無有效的潤滑和降溫作用，轉子快速轉動最終會引起該密封副的干磨、噪聲、發熱、黏連抱軸甚至引起火災等。

2.4 盤車故障

預防此類問題的主要方法就是要制定良性的備泵盤車頻次，保證軸承充分潤滑。遇到盤車不暢的情況時，嚴禁盲目啟機或點試。

某些高溫高壓泵泵體中設有暖泵線，暖泵線的作用有兩個，一是防止溫變量過大對于冷態下泵部件的損傷（如機械密封、軸等）；二是通過介質預熱保證泵側各部件動靜間隙膨脹均勻，防止過度摩擦，避免轉子局部受熱膨脹不均勻。因此，要確保其暖泵線始終暢通。當暖泵線異常停用時，其備泵的盤車情況會出現明顯的卡點、卡澀情況，甚至無法有效盤車。這時應在第一時間恢復投用暖泵線，并盤車至卡點后，嚴禁額外增加力矩。靜置一段時間待泵體內溫度逐漸升高后，卡點會自然消失，此后再進行后續盤車操作。如果盲目試運，嚴重時會引起抱軸故障導致停機。

2.5 溫度異常

預防此類問題的主要方法就是注重巡檢質量，定期、定量更換潤滑脂/油，排查風扇罩是否積灰、積霜雪等情況，同時做好高溫天氣時的機泵房門窗的通風降溫以及高溫介質管線的隔熱措施。對于缺少冷卻流程的軸承箱，應結合設計條件盡量補充冷卻線，充分利用物理降溫。

潤滑脂的注入量控制方面需要注意：注脂應設立固定頻率，通過計算軸承及軸承腔的尺寸來確定每一次潤滑補充所需的脂量；要校準在用的注脂槍；應每隔幾秒鐘緩慢地將油脂注入軸承，過快的注脂動作不僅會使軸承密封受損，也不能使潤滑脂均勻地被分布到整個軸承中。

2.6 流量異常

可以結合電機電流和出口壓力，快速分析并找到引起流量異常的原因。

（1）如果入口管線受阻（如入口過濾器網不暢），則表現為電機電流偏低、出口壓力表低于正常壓力、出口調節閥開度過大等。

（2）如果出口管線流通受阻，則會出現機泵振值異常、“憋泵”跡象，出口壓力異常波動或升高。

（3）如果電流和出口壓力同時波動，液態介質可能存在帶氣工況，需要進一步排查氣源，對標工藝參數確認是否為介質問題（如輕組分增多、葉輪做功時氣化等）。如果介質工況正常但仍出現氣縛現象，可以檢查機泵管線流程是否存在因氣相閥門內漏或異常打開造成的介質帶氣、機泵抽空等。

3 采用先進的監測技術

先進的監測技術可以實現壓縮機故障診斷技術的多元化、智能化，提高故障診斷的準確性，實現故障診斷的實時化，對于壓縮機的科學維修有著重要作用。

3.1 在線監測系統

隨著轉動設備在線監測技術水平的不斷提高，石化生產裝置中的壓縮機基本上安裝有在線監測系統，實時監測壓縮機各部件的運行狀態。壓縮機的在線監測主要是通過位移、壓力、溫度、振動等傳感器進行信號傳輸，通過這些傳感器來監測各個部件和壓縮機的整個機組的運行狀態，一旦出現異常信號，就可以對即將發生的故障進行預判，避免發生重大故障。

3.2 轉動設備離線監測技術

通過應用轉動設備離線監測系統，設備管理人員可在系統內查找每臺壓縮機在生產過程中位移、壓力、溫度、振動等參數自動形成的趨勢曲線，方便及時掌控壓縮機設備的運行狀態，實現壓縮機設備的動態維護、故障預判和良性干預。通過離線監測系統實現對故障的提前預知，可以采取有效的預防措施，避免惡性故障發生，確保壓縮機設備的長周期穩定運行。

4 結束語

壓縮機是石油化工生產裝置中動設備的核心，壓縮機穩定的運行工況是保障生產裝置長周期運行的前提條伯，生產運行人員要認真學習壓縮機的運行原理，提高維修技術和管理水平，能夠預防性地解決壓縮機可能存在的故障，在使用前要保障壓縮機的安裝精確度和檢修質量，采用合理的檢修方案，科學有效地解決壓縮機的故障。在日常維護與管理過程中，要采用高科技的診斷技術，通過使用轉動設備離線監測系統準確地判斷與識別壓縮機的各種故障問題，事前進行故障預判，及時準確地控制與調整離心壓縮機的運行工況，提高壓縮機的工作效率，是保障壓縮機平穩安全運行的有效手段。