王胤龍，郭九梅，畢德龍，趙 海，郭 斌

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110869）

乙烯壓縮機(jī)是乙烯生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，由于乙烯壓縮機(jī)故障導(dǎo)致停產(chǎn)而引起的經(jīng)濟(jì)損失可以數(shù)百萬元每天計(jì)，因此對出現(xiàn)的故障準(zhǔn)確、及時做出判斷，并采取相應(yīng)措施是必要的。

一、運(yùn)行描述

某乙烯廠乙烯壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速6 400r/min，臨界轉(zhuǎn)速3 700r/min，由汽輪機(jī)拖動，機(jī)組結(jié)構(gòu)及測點(diǎn)如圖1所示。此壓縮機(jī)運(yùn)行到檢修期，檢修后重新啟機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近工作轉(zhuǎn)速時，由于出口壓力過高連鎖停機(jī)。排除儀表、壓縮機(jī)性能的原因后，確定是氣管路造成的。為了排查管路故障進(jìn)行了數(shù)十次啟停機(jī)操作，最后通過改造管路解決了壓力過高連鎖停機(jī)的問題。壓縮機(jī)在工況下運(yùn)行2h后，由于管路冷卻器故障導(dǎo)致再次停機(jī)，冷卻器修復(fù)后再次開機(jī)，過臨界時壓縮機(jī)低壓缸后軸承側(cè)（測點(diǎn)11、12） 振動幅值陡增至90μm以上連鎖停機(jī)。壓縮機(jī)檢修后在排除管路故障時，初始時期過臨界振動幅值15μm以下，后突增至60μm，但過臨界后振動幅值降至24μm，對壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)無影響，為了盡早投入生產(chǎn)，未采取任何措施，直至過臨界連鎖停機(jī)，不能再啟機(jī)。

二、故障分析

圖2a是壓縮機(jī)初期某次啟停機(jī)的Bode圖，圖2b是過臨界幅值增加到60μm后某次啟停機(jī)的Bode圖，對比兩圖可看出，振動幅值發(fā)生了明顯變化，停機(jī)曲線基本與啟機(jī)曲線重合。

圖1 機(jī)組結(jié)構(gòu)及測點(diǎn)布置圖

圖2 低壓缸啟停機(jī)Bode圖

低壓缸振動幅值達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時的軸心軌跡和頻譜圖如圖3、圖4所示，后軸承測點(diǎn)11、12合成軸心軌跡接近橢圓，具有很好的重復(fù)性，頻率以一倍頻為主，幅值約40μm，且自始至終頻率都以一倍頻為主，幅值隨轉(zhuǎn)速增加而增大。

圖3 低壓缸前后軸軸心軌跡

圖4 低壓缸振動頻譜

由此認(rèn)為壓縮機(jī)低壓缸轉(zhuǎn)子存在不平衡的跡象，由于短時期內(nèi)啟停機(jī)次數(shù)頻繁，很有可能是轉(zhuǎn)子彎曲引起的。由彈性支撐的轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)曲線（圖5）可看出，轉(zhuǎn)子在過臨界時，阻尼越小，幅值越大；如果沒有阻尼，幅值無窮大?？梢娺^臨界的瞬時對轉(zhuǎn)子的影響很大，短時期內(nèi)頻繁過臨界，轉(zhuǎn)子不斷處于彎曲、伸直狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生塑性變形，發(fā)生彎曲。

圖5 轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)曲線

圖6 為壓縮機(jī)排除管路故障達(dá)到工作轉(zhuǎn)速后，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的啟停機(jī)Bode圖，可看出停機(jī)時轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速比啟機(jī)時增大了約600r/min，隔離裕度變寬，停機(jī)時的振動幅值明顯增加，此外軸心軌跡為橢圓，頻率主要以一倍頻為主。

上述現(xiàn)象表明，低壓缸轉(zhuǎn)子的剛度發(fā)生了變化。由于此壓縮機(jī)工況時乙烯氣體的溫度為-120℃，使轉(zhuǎn)子溫度發(fā)生較大變化。轉(zhuǎn)子溫度下降會使轉(zhuǎn)子剛度增加，臨界轉(zhuǎn)速也會有少許增加，但臨界轉(zhuǎn)速增大600r/min是不可能的，這說明轉(zhuǎn)子發(fā)生了彎曲，從而使得停機(jī)振動幅值高出啟機(jī)很多，Bode圖停機(jī)與啟停機(jī)曲線不重合。由壓縮機(jī)最后一次啟停機(jī)的Bode圖（圖7） 可看出，隨著轉(zhuǎn)速增加，振動幅值也隨之增加，直至再次連鎖停機(jī)，這也是轉(zhuǎn)子不平衡的一個突出表現(xiàn)。

三、處理措施

鑒于以上分析，決定對壓縮機(jī)進(jìn)行拆機(jī)檢查，轉(zhuǎn)子返廠打表，打表位置如圖8所示，發(fā)現(xiàn)a5、a6、a9在180°位置，a10、a4在90°位置有50～60μm的徑向跳動，轉(zhuǎn)子彎曲并不嚴(yán)重，通過高速平衡校正，重新安裝后，振動幅值低于20μm，運(yùn)行良好。

四、總結(jié)

壓縮機(jī)頻繁啟停機(jī)是引起轉(zhuǎn)子彎曲故障的主要原因，頻繁過臨界、轉(zhuǎn)子溫度大幅度變化最終使轉(zhuǎn)子彎曲。目前關(guān)于離心壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)（如API617）未對連續(xù)啟停機(jī)的時間間隔加以規(guī)定，因此壓縮機(jī)制造廠商或相關(guān)部門有必要對連續(xù)啟停機(jī)制定相關(guān)規(guī)范，以確保壓縮機(jī)安全順利運(yùn)行。

圖6 低壓缸后期啟停機(jī)Bode圖

圖7 低壓缸最后一次啟機(jī)Bode圖

圖8 轉(zhuǎn)子打表位置圖

[1]馬雷.離心式壓縮機(jī)故障原因分析及處理措施 [J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2007（1）.

[2]張韜，孟光.具有初始彎曲和剛度不對稱的轉(zhuǎn)子碰磨現(xiàn)象分析 [J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2002 （6）.