某廢酸再生單元K920 風機振動異常分析

丁寶柱

（中國石油蘭州石化分公司機電儀運維中心，甘肅蘭州 730060）

0 引言

廢酸再生單元的主要作用是將烷基化單元產生的廢酸裂解加工成濃硫酸，一部分再輸送回烷基化單元作為催化劑進行循環使用，一部分作為產品外送。廢酸焚燒裂解過程產生的熱量用于副產中壓蒸汽，在實現節能環保的同時降低生產成本。在將廢酸加工成濃硫酸的過程中，高溫風機K920（圖1）擔負著不可替代的作用，因此該風機運行的安全性和平穩性尤為重要。高溫風機K920 設備參數見表1。

表1 高溫風機K920 設備參數

圖1 高溫風機K920

1 檢修數據及故障描述

1.1 風機首次檢修數據（表2、表3）

表2 主軸軸頸圓柱度 mm

表3 主軸軸頸跳動值mm

更換2220-K-M-C3 TAL M126.H 型軸承一套；2220-E1-XL-K-C3 CHINA 8111 型軸承一套。轉子做動平衡：清洗后，按精度等級G2.5 進行動平衡校驗。不平衡剩余量為1271 g.mm，轉子重量為455kg，反算精度等級：

符合標準要求G2.5 精度的要求。

1.2 故障描述

2021 年11 月14 日對高溫風機K920 進行拆檢，解體后發現風機葉輪側氣封（四瓣碳環）腐蝕、磨損嚴重，軸承輕微磨損，其他未發現明顯異常。更換葉輪側氣封、軸承，對轉子整體進行動平衡校驗后回裝。2021 年11 月30 日，該風機第一次試車運行時，在電機轉速為700 r/min，負荷為50%左右時，風機振動值為3.2 mm/s，當風機負荷提至70%，電機轉速在1500 r/min左右時，振動值突然上升至10 mm/s 左右，當風機繼續提高負荷，電機轉速再次提高時，風機的振動進一步上升，嚴重影響裝置的運行和正常生產。

1.3 異常振動原因分析及診斷

2021 年11 月30 日風機振動發生時，狀態監測專業技術人員第一時間利用C2140 型分析儀對風機前、后軸承部位進行了監測，結合采集的數據、頻譜圖及經驗，經過分析認為風機存在著與基礎（鋼結構基礎）共振的現象，為此，對該風機的基礎進行了加固，目的是改變風機基礎的固有頻率，以達到消除風機與基礎共振的目的。

1.4 基礎加固消除共振

風機停機后，裝置安排專業人員從消除共振專業方面對該風機的基礎進行了加固，在風機與電機聯合底座下方四個支腳在垂直方向、水平方向分別用工字鋼進行焊接加固。并在風機基礎的各個點加防振墊。

2 風機加固基礎后異常振動分析及處理

2.1 故障描述及監測

風機加固完基礎后，于2021 年12 月8 日進行第二次試車，在50%的負荷下，轉速700 r/min 左右時，風機的振動值為3.0 mm/s 左右，由于工藝需要，風機的負荷只能提至50%左右，為了使風機在高負荷狀態下進行試車，裝置引入熱風進行試車（實際介質為高溫富SO2工藝氣），引入熱風后，負荷提至70%時，振動值為9.0 mm/s，負荷提至90%以上時，振動值上升至20 mm/s 左右。振動值較上次有所降低，卻仍然超標（廠家允許的振動值≤7.2 mm/s），之后風機監測運行至12 月17 日，但振動仍然居高不下，正逢裝置由于其他問題臨時停工，故風機停機檢修。

2.2 故障診斷

分析風機停機前的監測數據，引起風機振動的原因可能有以下兩點：

（1）在對風機各轉速下的波形、頻譜圖、Bode 圖（圖2、圖3）進行分析認為，風機振動通頻值以1×頻為主，其他諧波分量很小，工頻振動值無下降的趨勢，且工頻相位變化反復無常，約128°左右，故判斷此次引起風機振動的主要原因為轉子動不平衡所引起的工頻增大。風機在試車過程中，其他各項指標正常，工藝操作平穩。

圖2 軸承座葉輪端H 方向振動頻譜

圖3 軸承座葉輪端V 方向振動頻譜

（2）該風機轉子為剛性轉子，但基礎為撓性的，故從風機升速過程中、振幅與相位隨轉速變化關系曲線Nyquist 圖（圖4、圖5）可以看出，風機在升速過程中水平方向出現多個共振轉速（530 r/min、694 r/min、1434 r/min），其中轉速在1434 r/min時振動值最大；垂直方向存在一個共振轉速（816 r/min）。由于K920 風機運行時的轉速是隨著工藝負荷在不斷變化，風機負荷的波動區間為85%～97%，對應的工作轉速在1700～1954 r/min，接近1434 r/min 的共振轉速，因此該風機運行時還存在與基礎的共振問題。

圖4 葉輪端H 方向Nyquist 圖

圖5 葉輪端V 方向Nyquist 圖

根據以上分析得出，第一，引起風機振動的主要原因為風機動平衡不良引起的1×工頻增大；第二，風機存在著與基礎共振的問題，風機正常運行的轉速1700～1961 r/min，最接近的共振點在1434 r/min 左右，故風機還存在與基礎共振的問題。

2.3 現場動平衡

根據以上分析，車間配合監測中心準備風機現場動平衡方案及方案實施前的準備工作。2021 年12 月17 日下午，根據既定的方案，對風機轉子做現場動平衡，經過3 次配重反復測量，直到振動值降低至允許、穩定的范圍，并且直到相位沒有變化，現場動平衡的過程及數據見表4。

表4 現場動平衡數據（轉速1700 r/min）

如圖6 所示，平衡后風機各測點振動速度頻譜中1×頻幅值大幅下降，平衡效果良好。

圖6 平衡后葉輪端水平H、垂直V 和軸向A 方向振動頻譜

2.4 現場動平衡后試車

2021 年12 月25 日，廢酸單元開工，風機運行正常，帶入負荷后振動明顯降低，當負荷提升至為97%，轉速為1954 r/min 時，各監測點的振動值見表5。

表5 各測點振動值 mm/s

3 結論及改進

3.1 結論

第一次檢修后，風機不平衡剩余量、反算得轉子動平衡精度等級均符合廠家的要求，但在轉子上動平衡機時，取的轉速僅為301 r/min，做的只是低速動平衡，雖然該風機的轉子為剛性轉子，故在通常情況下，剛性轉子做低速動平衡校正即可消除力與力偶這兩個基本的不平衡量，理論上做低速動平衡完全可以滿足風機在高速下運轉，但由于風機的基礎為撓性基礎，故在做動平衡的時候應該盡量選擇做高速動平衡試驗，以消除另一個基本不平衡量，即振型不平衡量。有關文獻顯示，有一部分高速轉子做低速動平衡校驗是不能使其到達平衡運轉的。因此，該風機轉子做低速動平衡校驗是不能使其在高速下達到平衡運行的。該風機工作轉速接近水平方向共振頻率，當不平衡量增加時，振動幅值會快速增長，最終導致風機在工作轉速下反復出現振動異常問題。

3.2 改進措施

（1）加強風機的監測，保證裝置運行和正常生產。

（2）今后在做剛性轉子、撓性基礎的轉子動平衡時，盡量選擇在動平衡機上做高速動平衡校驗，或做現場動平衡校驗，以提高轉子動平衡精度。