探究火炬氣螺桿壓縮機(jī)振動(dòng)故障及改造

王亮

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163714）

螺桿壓縮機(jī)，屬于回轉(zhuǎn)式機(jī)械，主要用于對(duì)氣體進(jìn)行壓縮、輸送，在對(duì)濕、臟、腐蝕性和易聚合等工藝氣體進(jìn)行壓縮時(shí)，不易出現(xiàn)操作問題，廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域。我國的火炬氣螺桿壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)排氣壓力和可靠性的提高，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)容積流量的增加，但其軸封性能仍有待提高。本文結(jié)合相關(guān)案例，對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)采集，并對(duì)機(jī)械密封開展有效檢修，在此基礎(chǔ)上，對(duì)振動(dòng)故障的具體原因進(jìn)行歸納總結(jié)，并探究解決方法以增強(qiáng)整改效果。

1 案例概況

通常，通過火炬氣螺旋壓縮機(jī)對(duì)火炬氣進(jìn)行回收排放，對(duì)燃料氣管網(wǎng)輸送火炬氣，能實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的有效節(jié)約，并防止發(fā)生污染?；鹁鏆獾膩碓矗饕歉黝悷捰脱b置，諸如常減壓裝置、催化裝置、焦化裝置、加氫裝置等。火炬氣成分復(fù)雜，包含各類顆粒性雜質(zhì)，諸如硫磺、焦炭等?；鹁鏆饴菪龎嚎s機(jī)組具有苛刻的運(yùn)行條件：工藝氣體含有復(fù)雜的成分、需長期保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、需聯(lián)合管網(wǎng)系統(tǒng)開展工作、管網(wǎng)系統(tǒng)具有復(fù)雜多變的工況。為保障火炬氣螺旋壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，要加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)故障的有效改造。某企業(yè)車間對(duì)3臺(tái)螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行并聯(lián)，據(jù)此組成火炬螺桿壓縮機(jī)，其管道系統(tǒng)主要包括如下內(nèi)容：氣體通過進(jìn)氣總管路，分別進(jìn)入3臺(tái)壓縮機(jī)各自的進(jìn)氣分支管路，并從入口膨脹節(jié)，分別對(duì)螺桿壓縮機(jī)各自的進(jìn)氣腔進(jìn)行進(jìn)入，進(jìn)而完成壓縮升壓；在此基礎(chǔ)上，氣體經(jīng)由排氣腔，從出口膨脹節(jié)以及排氣分支管路，實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑300mm排氣總管路的進(jìn)入，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的進(jìn)入。為減少二轉(zhuǎn)子間和轉(zhuǎn)子與殼體之間發(fā)生氣體泄漏，在壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，將適量潤滑油噴入工作腔內(nèi)，促進(jìn)氣密性實(shí)現(xiàn)有效提高，并實(shí)現(xiàn)對(duì)齒面的有效潤滑，降低噪聲以及排氣溫度。該壓縮機(jī)組具有較大的噪聲，其機(jī)械密封多次出現(xiàn)泄漏，密封泄漏超標(biāo)明顯，使用壽命較短，且漏油量較大，呈現(xiàn)出嚴(yán)重的摩擦副磨損，裂紋出現(xiàn)于動(dòng)環(huán)銷孔處。拆卸壓縮機(jī)后，可見陰陽轉(zhuǎn)子存在程度不同的磨損。

2 故障分析

在實(shí)際中，存在諸多原因，均可導(dǎo)致螺桿壓縮機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)故障和機(jī)械密封泄漏。一般情況下，可從設(shè)備本身和工藝系統(tǒng)上，對(duì)故障原因進(jìn)行查找。通過振動(dòng)專用測試設(shè)備，對(duì)螺桿壓縮機(jī)實(shí)施規(guī)范的振動(dòng)測量，并針對(duì)陰陽轉(zhuǎn)子，從水平方向、軸向和垂直方向，開展振動(dòng)采集。采集結(jié)果顯示，吸氣端相應(yīng)的垂直方向，呈現(xiàn)出最大的振動(dòng)值，明顯比水平方向和軸向的振動(dòng)值要高。對(duì)陰轉(zhuǎn)子吸排兩端在垂直方向上呈現(xiàn)出的振動(dòng)值進(jìn)行比較，可知，陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向呈現(xiàn)的振動(dòng)值相對(duì)大于陰轉(zhuǎn)子排端在垂直方向呈現(xiàn)的振動(dòng)值。上述結(jié)果契合于對(duì)現(xiàn)場機(jī)械密封進(jìn)行維修形成的記錄。對(duì)現(xiàn)場機(jī)組振動(dòng)頻率進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)，可知壓縮機(jī)組相應(yīng)的振動(dòng)頻率呈現(xiàn)出較散分布，呈現(xiàn)出明顯的氣脈流動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)該現(xiàn)象原因進(jìn)行分析，可得出如下內(nèi)容：

（1）對(duì)3臺(tái)壓縮機(jī)組而言，其入口管線與總管之間存在的相關(guān)管線在走向上各不相同，存在的彎頭數(shù)量較多，對(duì)每臺(tái)壓縮機(jī)而言，其入口阻力損失各不相同。對(duì)此，多臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)開展工作，在這種情況下，可能造成總管缺乏足夠的氣體緩沖，形成“搶氣”現(xiàn)象，外在表現(xiàn)即是3臺(tái)壓縮機(jī)組呈現(xiàn)出不同的入口壓力。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測形成的數(shù)據(jù)可知，3臺(tái)壓縮機(jī)組在保持同時(shí)工作的狀態(tài)下，分別呈現(xiàn)出2.85kPa、1.96kPa、2.19kPa的入口壓力，且出現(xiàn)氣流脈動(dòng)。

（2）壓縮機(jī)組在實(shí)施試車的實(shí)際過程中，形成的最大振動(dòng)值比7.1mm/s要低，產(chǎn)生的噪聲相對(duì)較小，試車運(yùn)行保持平穩(wěn)后，采用火炬氣，機(jī)組形成明顯的振動(dòng)增大現(xiàn)象，其原因可能是由于工作介質(zhì)。

根據(jù)氣流模擬結(jié)果可知，當(dāng)入口流量出現(xiàn)減少時(shí)，螺桿壓縮機(jī)進(jìn)入排氣強(qiáng)的氣流速度缺乏穩(wěn)定性，產(chǎn)生旋渦較多。對(duì)其壓力分布進(jìn)行分析，氣流缺乏良好的穩(wěn)定性，在旋渦附近，形成了一定的壓力降，在機(jī)器進(jìn)出口，產(chǎn)生了壓力脈動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)。

將搜集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，并對(duì)仿真計(jì)算形成的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，獲取結(jié)論主要如下：機(jī)組發(fā)生振動(dòng)，并出現(xiàn)機(jī)封失效，其原因主要在于氣流脈動(dòng)。入口氣量相對(duì)較低，同時(shí)，入口出現(xiàn)氣量脈動(dòng)，在這種情況下，機(jī)組運(yùn)時(shí)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)頻繁的軸向力變化，呈現(xiàn)出較大的軸向力，將引發(fā)下列情況：（1）陰陽轉(zhuǎn)子間實(shí)際存在的間隙相對(duì)減小，對(duì)轉(zhuǎn)子面造成磨損；（2）機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)之間的力變化頻繁，引發(fā)的摩擦副磨損較為嚴(yán)重，在動(dòng)環(huán)銷孔處，出現(xiàn)了一些裂紋。

3 改造措施

在上述分析的基礎(chǔ)上，對(duì)振動(dòng)故障進(jìn)行解決，應(yīng)對(duì)存在與壓縮機(jī)相應(yīng)的入口管道的氣流脈動(dòng)實(shí)施有效消除，并對(duì)密封進(jìn)行有效改造，主要可對(duì)如下措施進(jìn)行運(yùn)用：（1）針對(duì)壓縮機(jī)，對(duì)其入口總管，增加其直徑，據(jù)此增大其緩沖能力，并減少存在于入口處的氣流脈動(dòng)；（2）針對(duì)總管道壓縮機(jī)，減少存在于其入口的彎頭，對(duì)入口阻力降進(jìn)行控制，對(duì)小氣流脈動(dòng)形成的影響進(jìn)行降低；（3）控制機(jī)組實(shí)際的排氣溫度，通?？刂圃?5℃，適當(dāng)對(duì)噴液量進(jìn)行減少，避免液體擾動(dòng)過多影響機(jī)組振動(dòng)；（4）摒棄機(jī)械密封，將干氣密封作為替代品。在特定工藝下，進(jìn)氣管路的實(shí)際組分以及火炬氣介質(zhì)流量，會(huì)出現(xiàn)一定程度的變動(dòng)，導(dǎo)致氣流脈動(dòng)以及機(jī)械密封腔壓力產(chǎn)生的變化較大，將干氣密封實(shí)際運(yùn)行狀況作為依據(jù)，將機(jī)械密封摒棄，替代使用干氣密封，良好實(shí)現(xiàn)對(duì)入口處存在的氣流脈動(dòng)的適應(yīng)。對(duì)干氣密封而言，其螺旋槽僅能實(shí)施單向旋轉(zhuǎn)，其氣膜剛度相對(duì)較大，在工藝波動(dòng)過程中，軸竄現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致存在于氣密封摩擦之間的間隙減小，并增大動(dòng)壓槽相應(yīng)的反力，在摩擦副間，其氣膜剛度會(huì)出現(xiàn)增強(qiáng)，能有效克服閉合力，并防止摩擦副間形成接觸，能保障機(jī)組內(nèi)壓縮實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定良好的長期運(yùn)行。在干氣密封實(shí)際運(yùn)行的過程中，僅有微量氮?dú)獍l(fā)生泄漏，能保障工藝氣體實(shí)現(xiàn)零泄漏，并增強(qiáng)其安全性。摩擦副之間呈現(xiàn)為非接觸，具有較小的功率損耗，能實(shí)現(xiàn)對(duì)密耗運(yùn)行成本的有效降低。將氮?dú)庾鳛槊芊鈿?，能避免密封油污染環(huán)境和工藝，能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的有效改善。

按照上述措施，對(duì)壓縮機(jī)組進(jìn)行改造后，獲取陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向上形成的振動(dòng)值，并與機(jī)組改造前陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向上形成的振動(dòng)值進(jìn)行對(duì)比，可知機(jī)組改造后，陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向上形成的振動(dòng)值明顯比改造前陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向上形成的振動(dòng)值要小，且明顯減少了現(xiàn)場噪聲，機(jī)組實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)機(jī)組進(jìn)行改造之后，機(jī)組振動(dòng)故障消除，且未再出現(xiàn)泄漏。火炬氣螺桿壓縮機(jī)保持長期平穩(wěn)運(yùn)行后，大量回收了火炬氣，有效降低了污染和噪聲，取得了良好的環(huán)保效益。

4 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于火炬氣螺桿壓縮機(jī)振動(dòng)故障，實(shí)施振動(dòng)及頻譜分析，并開展流體有限元仿真計(jì)算，據(jù)此對(duì)故障原因進(jìn)行分析，并形成解決方案加以改造。對(duì)機(jī)組進(jìn)行改造后，機(jī)組能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，并減小噪聲，實(shí)現(xiàn)零故障，使得壓縮機(jī)組振動(dòng)故障得到良好解決。