毛自君,呂啟鵬,俞吉祥

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司, 青海格爾木 816099)

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司年產(chǎn)300 kt合成氨裝置,以天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔的富產(chǎn)尾氣為原料，采用低溫脫硫、加氫轉(zhuǎn)化、中低溫變換和甲烷化、脫碳、變壓吸附制氫、壓縮、氨合成的工藝生產(chǎn)方法，其中從脫碳工序脫出的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)壓縮后送至尿素裝置。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)汽輪機(jī)選用杭州汽輪機(jī)股份公司提供的凝氣式汽輪機(jī)，型號(hào)為NK32/36/32，進(jìn)汽為中壓過熱蒸汽，正常壓力為3.45 MPa(絕壓)，溫度為410 ℃，流量為41 t/h，離心式壓縮機(jī)型號(hào)為2M-3/4+2B-4/2。

1 高壓缸軸振動(dòng)高的經(jīng)過

2014年9月二氧化碳?jí)嚎s機(jī)從開車到正常運(yùn)行，其高壓缸非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)VT5204A、VT5204B，報(bào)警值為50 μm，跳車值為65 μm，在空負(fù)荷運(yùn)行時(shí)VT5204A、VT5204B值在20 μm左右。給尿素送氣加負(fù)荷時(shí)，在壓縮機(jī)出口壓力從10.0 MPa升至14.5 MPa的過程中，VT5204A、VT5204B值從20 μm左右緩慢升至45 μm左右，此種情況下機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)行3個(gè)月后，由于空分等上游裝置故障造成二氧化碳?jí)嚎s機(jī)緊急停車，再次開車時(shí)，當(dāng)壓縮機(jī)達(dá)到最低連續(xù)轉(zhuǎn)速時(shí)，VT5204A、VT5204B突然升到跳車值以上發(fā)生跳車，經(jīng)檢修未發(fā)現(xiàn)軸瓦、密封及其他部件損壞，機(jī)組重新找正，做動(dòng)平衡，所有參數(shù)均在技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)。再開車，當(dāng)壓縮機(jī)達(dá)到最低連續(xù)轉(zhuǎn)速時(shí)，VT5204A、VT5204B還是會(huì)突然升至跳車值以上發(fā)生跳車。對(duì)高壓缸進(jìn)行返廠檢修，檢修后運(yùn)行1～2個(gè)月，VT5204A、VT5204B值仍會(huì)升至跳車值以上。多次返廠檢修后，振動(dòng)值依然高，尿素裝置頻繁停車。

2 高壓缸軸振動(dòng)高的原因分析

引起軸振動(dòng)高的原因較多，主要有機(jī)組找正精度被破壞、不對(duì)中，油膜振蕩，油變質(zhì)或不潔凈，軸瓦不正常，氣流激振及轉(zhuǎn)子不平衡等。

2.1 機(jī)組找正精度被破壞、不對(duì)中

不對(duì)中引起的振動(dòng)高與轉(zhuǎn)子的負(fù)荷有關(guān)，振動(dòng)值隨負(fù)荷的增大而增大，位置低的軸承軸振幅比位置高的大，因?yàn)榈臀惠S承被架空，油膜穩(wěn)定性下降。平行不對(duì)中主要引起徑向振動(dòng)，角不對(duì)中主要引起軸向振動(dòng)，不對(duì)中也可能使聯(lián)軸器兩側(cè)產(chǎn)生相位差。從機(jī)組開停車、加減負(fù)荷，平時(shí)正常運(yùn)行時(shí)振動(dòng)頻率方面分析，除高壓缸非驅(qū)端VT5204A、VT5204B有波動(dòng)外，其余軸系各振動(dòng)值均無波動(dòng)，所以排除機(jī)組找正精度被破壞、不對(duì)中是引起軸振動(dòng)高的原因。

2.2 油膜振蕩

油膜振蕩是高速滑動(dòng)軸承的一種特有故障，它是由油膜力產(chǎn)生的自激振動(dòng)，轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜振蕩時(shí)輸入的能量很大，引起轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)零部件的損壞，甚至整個(gè)機(jī)組的毀壞。油膜振蕩往往瞬時(shí)振幅突然升高，很快發(fā)生局部油膜破裂，引起軸頸與軸瓦間的摩擦，發(fā)聲很大，嚴(yán)重時(shí)損壞軸承和轉(zhuǎn)子。但以往因軸振動(dòng)高停車，開蓋檢修時(shí)，其軸承及轉(zhuǎn)子等零部件均完好無損，所以可以排除油膜振蕩是引起軸振動(dòng)高的原因。

2.3 油變質(zhì)或不潔凈

如果油中有污垢、機(jī)械雜質(zhì)或油已變質(zhì)，可能對(duì)密封、軸承造成腐蝕或磨損，使表面光滑度降低，從而使振動(dòng)加大[1]。但是對(duì)油品進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明其機(jī)械雜質(zhì)、灰分、水分酸值、黏度均在正常指標(biāo)范圍內(nèi)。排除油變質(zhì)或不潔凈是引起軸振動(dòng)高的原因。

2.4 軸瓦不正常

如軸瓦設(shè)計(jì)不合理，制造質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，軸瓦面損壞，軸頸拉毛，裝配間隙不合格，間隙過大或過小，軸承過盈量偏大或偏小，這些都會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)高，但每次檢修時(shí)均選用合格的軸瓦，并將軸瓦的裝配間隙，軸承體的過盈量數(shù)據(jù)均控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。所以軸瓦不正?？梢耘懦?/p>

2.5 氣流激振

氣流激振主要是因葉片受不均衡的氣體流沖擊發(fā)生氣流激振，對(duì)于大型機(jī)組，由于末級(jí)葉輪較大，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂，也可能發(fā)生氣流激振現(xiàn)象，發(fā)生激振時(shí)振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響非常明顯[2]。然而二氧化碳?jí)嚎s機(jī)四段出口氣體在密封齒處形成漩渦，產(chǎn)生氣流激振，從而造成軸振動(dòng)高。

2.6 轉(zhuǎn)子的不平衡

離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子由于受到材質(zhì)和加工裝配技術(shù)等方面的影響，轉(zhuǎn)子上的質(zhì)量分布對(duì)軸心線呈不均勻分布，或認(rèn)為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心之間總是有偏心距存在。因此，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生周期性的離心力或(和)離心力矩，這種交變的離心力或離心力距在軸上產(chǎn)生動(dòng)載荷，即引起壓縮機(jī)的振動(dòng)。轉(zhuǎn)子不平衡的主要原因有設(shè)計(jì)問題、材料缺陷、加工與裝配的誤差、動(dòng)平衡的方法有誤等。經(jīng)過多方面的排查及總結(jié)，對(duì)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子進(jìn)行不平衡響應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不滿足AP1617標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。不平衡響應(yīng)分析曲線圖[3]見圖1～圖4。

圖1 工況一不平衡響應(yīng)曲線圖(最大間隙)

圖2 工況一不平衡響應(yīng)曲線圖(最小間隙)

圖3 工況二不平衡響應(yīng)曲線圖(最大間隙)

圖4 工況二不平衡響應(yīng)曲線圖(最小間隙)

分析轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)曲線圖：工作轉(zhuǎn)速為14 890 r/min,轉(zhuǎn)速范圍為11 167～15 729 r/min。從圖1可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速在7 667 r/min時(shí)，其相位達(dá)到最高，當(dāng)在臨界轉(zhuǎn)速9 302 r/min時(shí)，其振幅達(dá)到最大，在該過程中軸振動(dòng)高可能會(huì)造成軸瓦損壞，這些試驗(yàn)值不滿足標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值。從圖2可以看出，在臨界轉(zhuǎn)速10 008 r/min時(shí)，共振放大因子達(dá)到最大，此時(shí)轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的敏感程度達(dá)到最大，但隔離裕度實(shí)際值10.4%小于要求值11.7%，滿足標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值。圖3為轉(zhuǎn)子進(jìn)行高轉(zhuǎn)速的平衡試驗(yàn)，實(shí)際隔離裕度為48.9%,大于要求隔離裕度15.3%，其臨界轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的隔離裕度不滿足標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值。

通過以上分析可得，二氧化碳高壓缸軸振動(dòng)高的原因是由氣流激振、轉(zhuǎn)子的不平衡所造成的，所以針對(duì)這兩方面進(jìn)行技術(shù)改造。

3 改造措施

改造靠近六級(jí)出口的平衡盤密封，以達(dá)到消除氣流激振的目的。具體做法是將平衡盤梳齒密封改為蜂窩密封，將流道進(jìn)行技術(shù)改造，平衡盤密封開孔，將干氣密封更換為迷宮密封。平衡盤密封改造前、后比對(duì)見圖5。

圖5平衡盤密封改造前、后比對(duì)圖

4 結(jié)語

經(jīng)技術(shù)改造后，二氧化碳?jí)嚎s機(jī)順利開車，目前壓縮機(jī)已連續(xù)運(yùn)行4個(gè)月，運(yùn)行過程中各項(xiàng)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)，高壓缸非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)VT5204A、VT5204B值均在22 μm以下。說明改造后的二氧化碳?jí)嚎s機(jī)取得了良好的效果，保證了裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行。