冷劑壓縮機組運行異常振動分析及對策

吳安治

(云南云天化石化有限公司，云南 安寧 650309)

1 引言

冷劑壓縮機組作為異辛烷裝置核心設備之一，安全穩(wěn)定運行，是保證裝置長周期生產的前提。該機組由電機、增速箱、壓縮機、油系統(tǒng)組成，機組電機和增速箱低速軸沒有配置在線振動監(jiān)測探頭。

2 故障情況

壓縮機組自2017年9月底開車以來，一直運行平穩(wěn)，在11月初巡檢發(fā)現(xiàn)壓縮機組振動速度有異常波動，查DCS后臺，發(fā)現(xiàn)增速箱高速軸振幅在11月4日出現(xiàn)第一次大的水平、垂直波動，之后一直存在無規(guī)律間斷性突跳現(xiàn)象，最大值為30 μm。查詢壓縮機2018年1月17日之前77天振動趨勢基本穩(wěn)定；電機和增速箱低速軸因沒有在線監(jiān)測，采用便攜式測振儀進行人工測量記錄，見表1～3，電機最大振動速度未超過0.8 mm/s，遠低于標準值2.3 mm/s，低速軸軸向振動速度比最初有增大，由于該突發(fā)現(xiàn)象的出現(xiàn)，給裝置長周期安全穩(wěn)定運行留下了嚴重隱患。

表1 壓縮機原運行記錄

表2 電機原運行記錄

表3 增速箱原運行記錄

3 振動原因分析

在增速箱低速軸和電機沒有在線監(jiān)測設備的情況下，根據現(xiàn)場實際工況、運行實測數(shù)據進行針對性分析，并進一步確認處理，詳細處理過程如下。

3.1 增速箱地腳螺栓松動

地腳螺栓松動造成增速箱箱體固定不牢，在高速旋轉離心力作用下，引起高、低速軸的大、小齒輪嚙合不良，導致高、低速軸水平、垂直方向振動增大，特別是水平方向的振動增大。

3.2 潤滑油含有雜質

潤滑油含有雜質，特別是機械雜質進入齒輪嚙合，引起轉子發(fā)生突跳現(xiàn)象，造成齒面損傷。

3.3 增速箱推力軸承磨損

從實測數(shù)據中可看出，低速軸軸向振動與之前試車數(shù)據相比有明顯增大。同時，通過高速軸在線監(jiān)測振動歷史趨勢圖看出，在2017年11月1日以前，基本為一條直線，從11月1日開始至今一直存在小幅波動，中間伴隨間斷大幅波動。

從增速箱結構看到，增速箱只有低速軸的電機端有推力軸承，其它全部為支撐軸承。當推力軸承發(fā)生磨損后，低速軸軸向振動增大，轉子就會往壓縮機端移動，而高速軸因壓縮機轉子未發(fā)生位移，保持了原有位置。在此種情況下，大、小齒輪因低速軸轉子的位移，造成了嚙合位置的改變，引起轉子出現(xiàn)水平、垂直方向振動小幅波動。而低速軸轉子質量較大，高速軸轉子質量較小，又表現(xiàn)為低速軸水平、垂直振動增長較小，高速軸水平、垂直振動增長較大。

3.4 齒輪齒面存在點蝕

點蝕使齒面承載面積減少，引起沖擊和噪聲。初始階段一般不構成破壞，隨著繼續(xù)運行，點蝕和剝落區(qū)域不斷擴大，出現(xiàn)齒輪運轉不平穩(wěn)，振動增加，傳動噪聲增大，嚴重時導致輪齒折斷。

3.5 增速箱軸承存在油膜渦動現(xiàn)象

軸瓦運行中出現(xiàn)裂痕、磨損致使軸瓦間隙過大等原因，會使滑動軸承發(fā)生油膜渦動現(xiàn)象出現(xiàn)，引起增速箱轉子表現(xiàn)為水平、垂直振動的增加。

3.6 工藝參數(shù)變化較大

從壓縮機入口溫度、流量、壓力的歷史趨勢圖中看出，壓縮機運行參數(shù)變化較大(表4)，使齒輪在嚙合過程中，相互接觸的齒面受到周期性變化的接觸應力的作用，當接觸應力超出材料的接觸疲勞極限時，在載荷的多次重復作用下，齒面會產生細微的疲勞裂紋，封閉在裂紋中的潤滑油的擠壓作用使裂紋擴大，最后導致表層小片狀剝落而形成麻點，造成突跳現(xiàn)象的出現(xiàn)。

表4 入口溫度、流量、壓力變化值

4 應對措施

4.1 增速箱地腳螺栓松動

在機組運行情況下，采用便攜式測振儀測量增速箱地腳螺栓處，記錄箱體和底座撐高8個方向的振動速度均未超過0.02 mm/s。檢查緊固所有地腳螺栓后，再進行箱體和底座撐高振動速度測量記錄，與之前一樣未超過0.02 mm/s。對比分析后，排除此種可能。

4.2 潤滑油含有雜質

根據大機組管理規(guī)定，每月對潤滑油進行油質分析，對比各項指標，均滿足標準要求，排除潤滑油不合格的可能。分析結果見表5。

表5 2018年1～6月潤滑油分析結果

4.3 增速箱推力軸承磨損

因生產需要繼續(xù)運行，采取每天監(jiān)控機組運行數(shù)據變化；以及梳理事故備件作好準備，如果振動增大到機組無法運行時，停車進行解體徹底檢查。

4.4 齒輪齒面存在點蝕

聯(lián)系工藝盡可能穩(wěn)定壓縮機運行負荷，減少頻繁波動，降低齒面受到周期性變化的接觸應力，延長齒輪壽命。

因生產需要繼續(xù)運行，保持現(xiàn)有振動繼續(xù)運行，每天監(jiān)控機組運行數(shù)據變化，一旦振動繼續(xù)增大到無法運行時，立即停車解體徹底檢查。

4.5 增速箱軸承存在油膜渦動現(xiàn)象

聯(lián)系工藝配合，改變潤滑油供油量、溫度和壓力的情況下，在每一種狀態(tài)運行穩(wěn)定后，進行數(shù)據記錄。通過試驗，壓縮機振動未發(fā)現(xiàn)明顯變化，基本排除該種原因。

4.6 工藝參數(shù)變化較大

聯(lián)系工藝穩(wěn)定壓縮機入口流量、壓力、溫度的情況下，進行振動數(shù)據測量記錄(表6)

表6 工藝參數(shù)穩(wěn)定時記錄數(shù)據

從記錄表中可看出，機組振動下降，基本與原記錄數(shù)據吻合。但是否存在齒輪疲勞損壞，有待停機解體徹底檢查。

同時查看對比工藝記錄與操作規(guī)程是否一致，經查閱工藝記錄均未超出操作規(guī)程要求范圍內，但存在負荷變動不可能及時進行數(shù)據記錄的現(xiàn)象。

5 結論

經過長期的分析、試驗、監(jiān)測，冷劑壓縮機組異常振動控制在可控范圍內，有待進一步分析判斷。但基本可以肯定的是，入口流量、壓力、溫度的大幅變化，對壓縮機組的穩(wěn)定運行，有最直接的影響。另外機組本身的問題，待停機檢修時進行徹底解體檢查處理。