石化行業(yè)壓縮機(jī)振動(dòng)異常的高頻故障問題分析

邵永帥

（中國(guó)石油大慶石化公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

壓縮機(jī)是將低壓氣體提升為高壓氣體的一種從動(dòng)的流體機(jī)械，是石油化工生產(chǎn)裝置中轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的主力核心，其“長(zhǎng)、滿、優(yōu)”的穩(wěn)定運(yùn)行工況能確保石化裝置正常生產(chǎn)。目前壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，直接決定了企業(yè)所使用的關(guān)鍵技術(shù)。生產(chǎn)裝置需要讓壓縮機(jī)在日常工作中能發(fā)揮出最大的功效與潛力，并且避免出現(xiàn)任何運(yùn)行問題，因此平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行是一個(gè)企業(yè)能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中存活和發(fā)展的重要前提。

1 壓縮機(jī)振動(dòng)異常的高頻故障問題

1.1 機(jī)組喘振

壓縮機(jī)運(yùn)行中一個(gè)特殊現(xiàn)象就是喘振，大量事實(shí)證明壓縮機(jī)的很多事故與喘振有關(guān)，因此防止喘振是壓縮機(jī)運(yùn)行管理的重點(diǎn)工作。喘振危害極大的原因是，發(fā)生喘振時(shí)氣流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的往復(fù)脈沖，來回沖擊壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子及其他部件，無規(guī)律的高烈度震蕩會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)升高，引發(fā)較為嚴(yán)重的后果。

1.2 機(jī)組振動(dòng)

當(dāng)溫度達(dá)到85 ℃以上時(shí)裂解氣中不飽和烴開始結(jié)焦發(fā)生聚合反應(yīng)，形成類似焦油的黏稠沉淀物，附著在壓縮機(jī)內(nèi)部零件上，引起轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡偏差，導(dǎo)致壓縮機(jī)振動(dòng)。

1.3 機(jī)封泄漏

石化生產(chǎn)裝置中設(shè)備運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的機(jī)械密封及機(jī)泵選型至關(guān)重要，良性合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)大幅增加設(shè)備運(yùn)行的周期壽命，提高生產(chǎn)效率。機(jī)封泄漏的原因主要有4 個(gè)。

（1）振動(dòng)異?；虺掷m(xù)偏高。振動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)械密封動(dòng)環(huán)不規(guī)律補(bǔ)償，密封副之間存在非良性接觸，從而引起的機(jī)封失效。

（2）沖洗不良。由于機(jī)封的自沖洗或外沖洗流程異常，引起密封副間缺少?zèng)_洗液的潤(rùn)滑、降溫、沖洗，導(dǎo)致機(jī)械密封失效。

（3）介質(zhì)聚合/結(jié)焦。介質(zhì)側(cè)的不可逆聚合反應(yīng)，會(huì)引起機(jī)械密封、波紋管等彈性元件的補(bǔ)償效果減弱或失效。

（4）機(jī)械密封或機(jī)泵選型設(shè)計(jì)缺陷。由設(shè)計(jì)缺陷或選型錯(cuò)誤引起的泄漏故障也較為常見，需要進(jìn)行科學(xué)評(píng)估改型，如腐蝕介質(zhì)未選用屏蔽式、復(fù)雜性介質(zhì)未選用雙端面機(jī)封等。

1.4 盤車故障

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在啟機(jī)前需要進(jìn)行必要的盤車操作，但偶然也會(huì)出現(xiàn)盤車異常等情況。盤車異常的原因主要有4 種。

（1）機(jī)械問題。軸承存在損傷或剮蹭現(xiàn)象，盤車存在卡點(diǎn)。

（2）溫變問題。轉(zhuǎn)子局部受熱不均，或動(dòng)靜間隙膨脹不均、導(dǎo)致盤車卡澀。

（3）介質(zhì)凝堵。由于介質(zhì)側(cè)流通不暢或聚合嚴(yán)重，導(dǎo)致葉輪無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）轉(zhuǎn)子撓度。轉(zhuǎn)子靜置時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致下垂撓度過大，也會(huì)引起盤車故障。

1.5 溫度異常

設(shè)備運(yùn)行中引起機(jī)體或電機(jī)溫度異常情況有以下5 種。

（1）潤(rùn)滑異常。軸承的潤(rùn)滑異常，如缺少潤(rùn)滑會(huì)導(dǎo)致軸承出現(xiàn)干磨等初期問題，進(jìn)而引起軸承發(fā)熱。

（2）環(huán)境溫度。廠房?jī)?nèi)部空氣流通不暢，尤其在夏季（或介質(zhì)側(cè)散熱量較大），引起環(huán)境溫度偏高，容易引發(fā)電機(jī)繞組等部位出現(xiàn)超溫情況。

（3）電機(jī)內(nèi)置風(fēng)道或風(fēng)扇積灰。風(fēng)道或風(fēng)扇的逐漸積灰，會(huì)引起電機(jī)內(nèi)部的熱量無法被快速帶出，造成電機(jī)的軸承溫度和繞組度持續(xù)升高。

（4）過量加注潤(rùn)滑脂。這會(huì)使摩擦力矩增大，出現(xiàn)明顯溫升，當(dāng)軸承箱內(nèi)剩余空間不足時(shí)這些熱量無法有效消散，進(jìn)而導(dǎo)致軸承溫度異常。而持續(xù)高溫又會(huì)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(huì)變稠、局部變質(zhì)為堅(jiān)硬的堆積物，會(huì)加速滾動(dòng)元件的磨損、導(dǎo)致機(jī)件失效。

（5）軸承箱本體缺少冷卻流程。一些機(jī)泵在設(shè)計(jì)制作時(shí)，軸承箱未選用安裝冷卻盤管，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)容易引起軸承箱體溫度偏高。

1.6 流量異常

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在日常運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)流量偏離問題，經(jīng)大量經(jīng)驗(yàn)分析后認(rèn)為3 個(gè)主要誘因?yàn)椋?/p>

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

（2）機(jī)泵抽空。由于介質(zhì)溫度過高或組分過輕，經(jīng)過葉輪做功后介質(zhì)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(dǎo)致液態(tài)介質(zhì)帶氣，影響機(jī)泵正常做功（氣縛）。

（3）機(jī)械問題。葉輪與泵體間隙過大，降低了機(jī)泵的揚(yáng)程和效率。往復(fù)泵的單向閥小球卡澀、密封失效、隔膜破裂、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效等，同樣也會(huì)引起轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的輸出流量異常。

2 壓縮機(jī)振動(dòng)異常高頻故障的預(yù)防措施

2.1 機(jī)組喘振

在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，喘振跡象一般率先表現(xiàn)為流量大幅下降，機(jī)組排出量明顯降低，出口壓力波動(dòng)，同時(shí)機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)并伴有間斷低沉的“吼聲”[1]。機(jī)組喘振也可以通過儀表運(yùn)行參數(shù)配合性能曲線進(jìn)行判斷，機(jī)組喘振發(fā)生的條件為：①流量過小，即流量降到該轉(zhuǎn)速下的喘振流量；②管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的氣體壓力大于一定轉(zhuǎn)速下機(jī)組可輸出的最高壓力。

為避免和預(yù)防喘振，應(yīng)做好以下4 項(xiàng)工作：①根據(jù)壓縮機(jī)性能曲線，控制防喘裕度；②在升壓和變速過程中強(qiáng)調(diào)“升壓必先升速，降速必先降壓”的原則；③確保壓縮機(jī)的入口氣體流量；④防喘閥門開啟和關(guān)閉須緩慢操作。

2.2 機(jī)組振動(dòng)

為防止級(jí)間結(jié)焦，機(jī)組運(yùn)行過程中會(huì)設(shè)置注油系統(tǒng)、注劑系統(tǒng)和注水系統(tǒng)。

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

（2）注劑是在壓縮機(jī)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(jié)焦和分散劑的焦層剝離作用，減少管線和機(jī)組內(nèi)部的結(jié)焦情況。

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

為了保證機(jī)組的長(zhǎng)周期運(yùn)行，就要保證注油、注劑及注水系統(tǒng)的暢通，同時(shí)要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整注入量。

2.3 機(jī)封泄漏

保證機(jī)泵優(yōu)良穩(wěn)定的運(yùn)行工況、有效的密封沖洗和科學(xué)合理的設(shè)計(jì)選型，可以徹底解決機(jī)封泄漏問題。這里重點(diǎn)介紹機(jī)封泄漏后是否仍支持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況：?jiǎn)味嗣鏅C(jī)封，短時(shí)間應(yīng)急情況下可保證持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)闆_洗油仍可以持續(xù)注入，確保密封副處的降溫與潤(rùn)滑，但泄漏會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)污染；雙端面機(jī)封，當(dāng)密封油罐的密封油液位快速泄漏降低時(shí)應(yīng)盡快停泵檢修，因?yàn)榇藭r(shí)密封副已無有效的潤(rùn)滑和降溫作用，轉(zhuǎn)子快速轉(zhuǎn)動(dòng)最終會(huì)引起該密封副的干磨、噪聲、發(fā)熱、黏連抱軸甚至引起火災(zāi)等。

2.4 盤車故障

預(yù)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(rùn)滑。遇到盤車不暢的情況時(shí)，嚴(yán)禁盲目啟機(jī)或點(diǎn)試。

某些高溫高壓泵泵體中設(shè)有暖泵線，暖泵線的作用有兩個(gè)，一是防止溫變量過大對(duì)于冷態(tài)下泵部件的損傷（如機(jī)械密封、軸等）；二是通過介質(zhì)預(yù)熱保證泵側(cè)各部件動(dòng)靜間隙膨脹均勻，防止過度摩擦，避免轉(zhuǎn)子局部受熱膨脹不均勻。因此，要確保其暖泵線始終暢通。當(dāng)暖泵線異常停用時(shí)，其備泵的盤車情況會(huì)出現(xiàn)明顯的卡點(diǎn)、卡澀情況，甚至無法有效盤車。這時(shí)應(yīng)在第一時(shí)間恢復(fù)投用暖泵線，并盤車至卡點(diǎn)后，嚴(yán)禁額外增加力矩。靜置一段時(shí)間待泵體內(nèi)溫度逐漸升高后，卡點(diǎn)會(huì)自然消失，此后再進(jìn)行后續(xù)盤車操作。如果盲目試運(yùn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起抱軸故障導(dǎo)致停機(jī)。

2.5 溫度異常

預(yù)防此類問題的主要方法就是注重巡檢質(zhì)量，定期、定量更換潤(rùn)滑脂/油，排查風(fēng)扇罩是否積灰、積霜雪等情況，同時(shí)做好高溫天氣時(shí)的機(jī)泵房門窗的通風(fēng)降溫以及高溫介質(zhì)管線的隔熱措施。對(duì)于缺少冷卻流程的軸承箱，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)條件盡量補(bǔ)充冷卻線，充分利用物理降溫。

潤(rùn)滑脂的注入量控制方面需要注意：注脂應(yīng)設(shè)立固定頻率，通過計(jì)算軸承及軸承腔的尺寸來確定每一次潤(rùn)滑補(bǔ)充所需的脂量；要校準(zhǔn)在用的注脂槍；應(yīng)每隔幾秒鐘緩慢地將油脂注入軸承，過快的注脂動(dòng)作不僅會(huì)使軸承密封受損，也不能使?jié)櫥鶆虻乇环植嫉秸麄€(gè)軸承中。

2.6 流量異常

可以結(jié)合電機(jī)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(wǎng)不暢），則表現(xiàn)為電機(jī)電流偏低、出口壓力表低于正常壓力、出口調(diào)節(jié)閥開度過大等。

（2）如果出口管線流通受阻，則會(huì)出現(xiàn)機(jī)泵振值異常、“憋泵”跡象，出口壓力異常波動(dòng)或升高。

（3）如果電流和出口壓力同時(shí)波動(dòng)，液態(tài)介質(zhì)可能存在帶氣工況，需要進(jìn)一步排查氣源，對(duì)標(biāo)工藝參數(shù)確認(rèn)是否為介質(zhì)問題（如輕組分增多、葉輪做功時(shí)氣化等）。如果介質(zhì)工況正常但仍出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象，可以檢查機(jī)泵管線流程是否存在因氣相閥門內(nèi)漏或異常打開造成的介質(zhì)帶氣、機(jī)泵抽空等。

3 采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)

先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的多元化、智能化，提高故障診斷的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)故障診斷的實(shí)時(shí)化，對(duì)于壓縮機(jī)的科學(xué)維修有著重要作用。

3.1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

隨著轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的不斷提高，石化生產(chǎn)裝置中的壓縮機(jī)基本上安裝有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)各部件的運(yùn)行狀態(tài)。壓縮機(jī)的在線監(jiān)測(cè)主要是通過位移、壓力、溫度、振動(dòng)等傳感器進(jìn)行信號(hào)傳輸，通過這些傳感器來監(jiān)測(cè)各個(gè)部件和壓縮機(jī)的整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常信號(hào)，就可以對(duì)即將發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)判，避免發(fā)生重大故障。

3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備離線監(jiān)測(cè)技術(shù)

通過應(yīng)用轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)備管理人員可在系統(tǒng)內(nèi)查找每臺(tái)壓縮機(jī)在生產(chǎn)過程中位移、壓力、溫度、振動(dòng)等參數(shù)自動(dòng)形成的趨勢(shì)曲線，方便及時(shí)掌控壓縮機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)設(shè)備的動(dòng)態(tài)維護(hù)、故障預(yù)判和良性干預(yù)。通過離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的提前預(yù)知，可以采取有效的預(yù)防措施，避免惡性故障發(fā)生，確保壓縮機(jī)設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

壓縮機(jī)是石油化工生產(chǎn)裝置中動(dòng)設(shè)備的核心，壓縮機(jī)穩(wěn)定的運(yùn)行工況是保障生產(chǎn)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的前提條伯，生產(chǎn)運(yùn)行人員要認(rèn)真學(xué)習(xí)壓縮機(jī)的運(yùn)行原理，提高維修技術(shù)和管理水平，能夠預(yù)防性地解決壓縮機(jī)可能存在的故障，在使用前要保障壓縮機(jī)的安裝精確度和檢修質(zhì)量，采用合理的檢修方案，科學(xué)有效地解決壓縮機(jī)的故障。在日常維護(hù)與管理過程中，要采用高科技的診斷技術(shù)，通過使用轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確地判斷與識(shí)別壓縮機(jī)的各種故障問題，事前進(jìn)行故障預(yù)判，及時(shí)準(zhǔn)確地控制與調(diào)整離心壓縮機(jī)的運(yùn)行工況，提高壓縮機(jī)的工作效率，是保障壓縮機(jī)平穩(wěn)安全運(yùn)行的有效手段。