壓縮機檢修后開機聯軸端振動異常分析與處理

陳俊

(中海石油舟山石化有限公司，浙江 舟山 316015)

1 概述

某公司加氫裝置循環氫壓縮機因干氣密封泄漏及汽輪機調節閥桿振動大進行檢修，檢修完成后，按照正常啟機工藝進行開機操作，在機組低速暖機及沖臨界轉速至6 000 r/min 過程中，機組運行正常，各運行參數處于穩定狀態。在6 000 r/min 繼續往上提速時，壓縮機聯端徑向軸承兩個測點振值隨轉速提升同步上漲，在92 000 r/min 最大幅值接近40 μm，比檢修前振值上漲約25 μm，而汽輪機振動及壓縮機非聯端振動正常，各點溫度在正常范圍內。如果繼續提速，壓縮機聯端振動會進一步增大，可能會對機組造成損壞，為了保證機組的安全運行，對原因進行了分析，并停機進行針對性的檢修。

2 壓縮機基本情況

循環氫壓縮機組型號為BCL407/A，由沈陽鼓風機集團股份有限公司設計制造，為筒形垂直剖分結構，七級壓縮，軸封密封采用串聯式干氣密封，徑向軸承采用的是可傾瓦軸承，止推軸承采用的是金斯伯雷軸承。原動機采用杭州汽輪機股份有限公司生產的NG32/25 型背壓式汽輪機，進汽壓力3.5 MPa，排汽壓力1.2 MPa，壓縮機與汽輪機通過疊片聯軸器連接，臨界轉速為5 032 r/min，額定轉速為11 585 r/min。

2.1 檢修情況

檢修前機組運行情況，汽輪機最大振動為24.9 μm(非聯端徑向軸承)，壓縮機最大振動為15.5 μm (聯端徑向軸承)，最高軸承溫度為壓縮機聯端徑向瓦溫度67.8 ℃，其他運行參數正常。壓縮機干氣密封存在泄漏，雖然通過控制密封氣壓力，泄漏量未見增大，但介質中含有H2S，經化驗分析干氣密封現場放空管處H2S 含量達100 mg/L，給裝置巡檢操作帶來較大的風險，一旦漏大，可能會造成嚴重的后果。同時，汽輪機南側調節汽閥閥梁閥桿磨損，閥桿振動偏大。因此，為了保證人員及設備的安全，對壓縮機組進行停機檢修。

本次檢修的目的是解決壓縮機干氣密封泄漏及汽輪機調節汽閥閥桿磨損的問題，檢修主要內容為壓縮機兩端軸瓦拆裝，對干氣密封進行更換，汽輪機閥梁總成進行了更換，機組其他部位未進行拆解。壓縮機兩端軸瓦拆解下來后，對瓦塊進行了檢查，外觀檢查良好，無明顯油垢，著色檢查未發現異常，軸瓦厚度檢查發現主推瓦有一塊磨損偏大，磨損量為0.06 mm，對所有瓦塊進行清洗，未對瓦塊進行更換，對止推間隙進行調整，測量壓縮機徑向瓦、止推瓦、油封等間隙，具體如表1 所示。根據軸承檢修前后數據對比來看，止推軸承間隙有所調整，其他數據都相差不大。

表1 壓縮機軸承檢修前后數據對比

聯軸器螺栓孔及疊片檢查完好，連接螺栓根部著色檢查未發現異常。拆解前對中找正數據：汽輪機比壓縮機高0.31 mm，徑向最大偏差0.06 mm，軸向最大偏差0.02 mm，回裝時對中找正數據汽輪機比壓縮機高0.15 mm，徑向最大偏差0.08 mm，軸向最大偏差0.04 mm。拆解前汽輪機比壓縮機高的原因為機體未完全冷卻的狀態下測量的數值，找正數據符合機組安裝要求。

此次檢修壓縮機部分對兩端軸承進行了拆裝，干氣密封進行更換，其他部分未進行抽裝檢修。軸承拆裝等關鍵節點，都由三方共同確認，測量的數值均為實際數值。軸瓦外觀、著色檢查未發現異常。從軸承檢修前后數據來看，除了止推間隙有所調整，其他數據變化都不大，聯軸器對中數據也在正常范圍內。從檢修過程來看，軸承、聯軸器檢查、數據測量均可控未發現異常。

2.2 開機過程中異?，F象

壓縮機組檢修完成后，按照開機升速曲線進行升速，低速暖機到過臨界，轉速升到6 000 r/min，壓縮機組振動、溫度等運行參數均在正常范圍內，過臨界時最大振動在28.9 μm；在轉速從6 000 r/min 往上提升過程中，壓縮機聯端振動值隨轉速提高變化明顯增高(圖1)，非聯端振動值則維持在一個較低的水平。轉速升至9 200 r/min 時，壓縮機聯端振動值最大值為39.19 μm，比檢修前正常運行時的振動值上漲約25 μm。非聯端振動在正常范圍內波動，未見明顯上漲；開機期間，汽輪機各軸承振動比較平穩，隨轉速小幅變化，振值均小于20 μm；汽輪機及壓縮機組各軸承溫度均正常。轉速在9 200 r/min 維持一段時間后，壓縮機聯端振動值趨于穩定，未見明顯上漲或下降。隨后通過對轉速上下調整，壓縮機各軸承振動值也隨轉速上下波動明顯，轉速穩定后，振動值也趨于穩定，未見有明顯下降的趨勢。因離額定轉速和工況還相差較遠，繼續提速壓縮機聯端振動值會隨之上漲，可能會給機組造成損壞。為了保證機組的安全平穩運行，需要對振動原因進行分析，并停機進行針對性檢修。

圖1 壓縮機振動與轉速趨勢圖

3 故障分析

3.1 運行情況分析

在開機期間，低速暖機和過臨界時，機組各軸承振動、溫度等參數都在正常范圍內。從6 000 r/min開始提速過程中，汽輪機側振動與壓縮機非聯端也隨轉速小幅變化，但總體振值均小于20 μm。且各軸承溫度正常，未發生異常上漲，而發生變化的只有壓縮機聯端振動。并且壓縮機聯端的振動值隨著機組的穩定運行，振動值也趨于穩定，未見有異常的跳變及波動，振動值隨轉速的變化而變化，說明壓縮機轉子未發生彎曲的現象，軸瓦安裝符合要求，未發生摩擦的現象。從整個檢修過程來看，所有的回裝參數都經過確認，符合機組安裝要求，軸瓦也經過檢查未發現明顯缺陷，且轉子未進行更換。那么故障的可能為靠壓縮機端的聯軸器疊片安裝上或者測振儀表出現了問題。

3.2 振動相關圖譜分析

通過SG8000 在線監測系統相關圖譜進行分析，從GAP 電壓趨勢上看，壓縮機聯端徑向軸承振動變化時，GAP 電壓值無跳變現象，電壓值在線性區間內，且幾個通道變化同步；同時幾個測振點數值能和轉速同步變化，無跳變現象，可以排除儀表上的原因。

轉速在9 200 r/min 運行期間，壓縮機聯端徑向軸承振動波形圖(圖2)來看，振動頻率以1X 為主，其他頻率占比很?。?］，波形呈正弦波形。而在6 000 r/min往上提速過程中，聯端振動上漲主要以1X 變化為主(圖3)，變化幅值隨轉速變化敏感，與轉速變化成正比關系。且隨轉速的提升并沒有下降的趨勢，非聯端的振動值總體較小，在整個開機及轉速調整過程中，振動值波動均以1X 為主，軸心軌跡為橢圓形，從圖譜的信息來看，壓縮機轉子出現了不平衡的特征［2］。結合聯軸器側的振動值要高于非聯端，由此推斷不平衡出現在聯軸器部位。

圖2 壓縮機聯端振動波形頻譜圖

圖3 壓縮機振動 1X 幅值趨勢圖

為了進一步確定異常原因，驗證振動與轉速的關系，對轉速進行上下調整。查看機組振動值的變化情況，結果在轉速下降的同時，振動值也同步下降，轉速上升時，振動值隨之上升，如圖1 所示，說明此次壓縮機聯端的振動值變化與轉速有較大的關聯。有研究表明：機組在轉速變化時，振動值與相位突然變化，而與機組的受熱狀態無關；而轉速穩定后，振動值與相位相對穩定，產生這種變化的原因可能是由于聯軸器存在缺陷造成［3］。

綜上所述，通過現場檢修情況及相關數據，開機過程中出現的異常情況，SG8000 在線監測系統監測圖譜特征。得出結論為：壓縮機組在聯軸器處存在不平衡，原因可能為檢修過程中在聯軸器各部件在安裝過程中位置與拆解時沒有對正，所用螺栓、螺母、墊片等存在重量偏差，聯軸器螺栓出現松動等。因此，停機后檢修方向主要是檢查聯軸器是否按照圖紙要求進行安裝，墊片是否有丟失，疊片是否存在損壞，聯軸器螺栓是否松動。同時對聯軸器螺栓組件進行稱重，查看是否存在質量偏差，視情況對壓縮機聯端軸承間隙進行復測。

4 解體檢查處理

4.1 停機檢查聯軸器

停機后，對聯軸器進行檢查，疊片未發現損傷，聯軸器螺栓齊全，未發現松動現象，方向安裝正確，但是聯軸器螺栓現場未見到標記，且壓縮機端驅動螺栓露出來的牙距不一致。在對聯軸器及螺栓進行標記后，進一步解體發現壓縮機端聯軸器的有6 顆驅動螺栓，其中3 顆螺栓帶有薄墊，帶薄墊的3 顆螺栓安裝時應該沿圓周均布。但從拆解的情況來看，第2#、4#、5#螺栓帶有薄墊，兩顆帶有薄墊的螺栓連在一起安裝，未均布。通過對螺栓進行稱重(表2)，帶薄墊的螺栓重約148.56 g，不帶薄墊螺栓重約141.13 g，同種規格的螺栓重量偏差在0.05 g 以內，兩種規格的螺栓重量相差約7.43 g。相鄰兩組螺栓的重量也應該要一致，而根據現場安裝情況，4#與5#的重量和要比1#與6#的重量和重14.86 g。正是這個安裝錯誤，造成了轉子的不平衡，最終導致轉速提升后壓縮機聯端軸振動值偏高。

表2 聯軸器驅動螺栓重量表

聯軸器螺栓重量的分布不均勻是影響聯軸器不平衡的因素之一，因為聯軸器的質心與回轉軸線不重合，在旋轉時將產生不平衡的離心力。聯軸器在旋轉過程中，產生的離心力與轉速的平方成正比，因此轉速越快其離心力越大，這種不平衡的離心力必然引起軸的振動。這也說明了為什么在低轉速時，振動值變化不大，在正常范圍內，而隨著轉速的提升，振動值也隨之明顯上漲，影響到機組的安全運行。

4.2 重新安裝聯軸器螺栓

聯軸器螺栓組一般情況下，使用的規格一致，安裝時候可以互換使用，但該壓縮機組所使用的螺栓組并不相同，要求同種規格的螺栓組沿圓周均布安裝，并不能互換使用。這就要求回裝時一定要注意安裝位置。為避免安裝錯誤，常采取的辦法是在拆除前對聯軸器及其螺栓做好標記，回裝時要按照標記進行安裝。如果忘記做標記或者標記被抹除，且螺栓形式不一致時，可以按照圖紙要求進行安裝，還可以對螺栓進行稱重，看其是否存在偏差，防止因重量不同，導致不平衡的產生。

此次機組聯軸器螺栓安裝錯誤的主要原因是拆除前未對螺栓做好標記，安裝過程中檢修人員未能發現螺栓組不一樣，或者發現了認為少個或者多個薄墊不會對機組造成大的影響。而這次安裝質量問題導致了壓縮機聯端振動值異常，給機組的安全運行造成了一定的影響，需要重新停機才能處理聯軸器螺栓，檢修人員技能需要提高，質檢部門需要加強對聯軸器螺栓安裝的質量管控。

查明原因后，按照現場標記順序重新安裝聯軸器螺栓，將5#、6#螺栓進行換位安裝，其他螺栓位置不變，確保3 個帶薄墊的螺栓沿圓周均布，重量偏差在合理范圍內。

5 重新開機

檢修完成后，重新啟機，啟機過程中壓縮機運行平穩，通過臨界時，壓縮機各振動值不超過40 μm，升至正常轉速后，機組各軸承振動值正常(表3)，在正常轉速下，機組各點振動值不超過25 μm，已恢復至檢修前水平，且振動值保持穩定。

表3 正常轉速下機組各點振動值

6 結語

離心壓縮機組振動出現異常后，為了機組的安全運行，應立即進行故障分析與處理。故障分析應根據檢修數據，歷史及現在的運行參數，利用狀態監測圖譜，查出異常的原因所在，進行針對性的檢修。本次機組的故障是由于聯軸器螺栓引起，不平衡量比較小，沒有出現過不了臨界的情況。因此，根據機組出現只有聯軸器側振動幅值相對偏高，且隨轉速同步變化，及監測圖譜顯示頻率以1X 為主的情況，判斷出是由于聯軸器引起的軸系不平衡造成，采取了針對性的檢修。同時，在檢修過程中，還需要重視聯軸器安裝質量，避免因聯軸器安裝質量不良引起的停機檢修。