馮浩
摘 要:近年來,我國的工業(yè)化進程有了很大進展,對離心式壓縮機的應(yīng)用也越來越廣泛。離心式壓縮機具有適用性強、安裝使用方便等特點,被廣泛應(yīng)用于化工、煉油等工業(yè)生產(chǎn)中,發(fā)揮著很好的作用。某項目LNG離心壓縮機,負荷運行發(fā)現(xiàn)壓縮機驅(qū)動端軸振動值在42~62u間波動、非驅(qū)動端軸振動值26~33u間波動、二段出口管路振動。本文通過信息分析確定排查方向,對核算結(jié)果進行復(fù)查后判定振動原因,根據(jù)振動原因的分析給出處理建議,作出相應(yīng)處理后機組一直平穩(wěn)運行。
關(guān)鍵詞:離心壓縮機;出口管路;振動
引言
離心式壓縮機管道振動產(chǎn)生的原因包括壓縮機機組轉(zhuǎn)子與定子不對中、運動部件質(zhì)量不平衡、管道內(nèi)流體激振等,其中管道內(nèi)氣流激振是主要原因。
1 離心壓縮機的工作原理
介質(zhì)氣在通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪時,在離心力的作用下,一方面壓力得到提升,另一方面速度也得到極大增加,原動機的機械能轉(zhuǎn)變成氣體的靜壓能和動能。此后,氣體流經(jīng)擴壓器通道時流道截流面積逐漸增大,前面氣體流速降低,后面的氣體又不斷涌向前,使氣體的動能進一步轉(zhuǎn)換成靜壓能,達到最終的增壓目的。
2 設(shè)計信息
機組為兩段7級,電機驅(qū)動,齒輪箱增速,采用公共底座。壓縮機工作轉(zhuǎn)速8144r/min,一段進氣壓力0.275MPa(A),溫度40℃,流量71561Nm3/h,二段出口壓力4.1MPa(A),溫度125.6℃,流量67856Nm3/h,中間沒有抽加氣。
3 振動原因判定
離心壓縮機在正常運行過程中通常都會發(fā)生輕微振動,但如果振動幅度和聲音過大,則壓縮機可能出現(xiàn)了嚴重故障。離心壓縮機在小流量運行狀態(tài)下葉輪和擴壓器的流道內(nèi)氣體會產(chǎn)生一定的渦流,渦流的消失和產(chǎn)生會引起流道時通時堵的問題。如果壓縮機及管網(wǎng)系統(tǒng)的氣體反復(fù)出現(xiàn)倒流和正流,并引起整個系統(tǒng)的周期性低頻和大振幅氣流振蕩,則說明壓縮機出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象。這種現(xiàn)象具有一定的危害性,其會使壓縮機機組發(fā)生猛烈振動,并損壞軸承等組件,甚至可能會引發(fā)設(shè)備停車等嚴重故障。離心壓縮機因為內(nèi)部氣體無法正常排出而產(chǎn)生的振動一般是由實際負載低于規(guī)定范圍引起的。
4 管路振動分析及處理建議
4.1 管道內(nèi)介質(zhì)流速超標問題
由于管道內(nèi)介質(zhì)流速高,對管路造成一定沖擊,建議將二段出口管路由DN250更改為DN300;第一個直管段較短,經(jīng)驗上高溫高壓氣體在700mm短的通道內(nèi)極速改變流動方向,不利于穩(wěn)定運行,建議將第一個直管段由700mm更改為1000mm以上。更改后,壓縮機整體受理校核結(jié)果:2FC+MC=112.07。核算結(jié)果雖然略高于API617規(guī)范要求,但根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗,可以滿足安全穩(wěn)定運行。
4.2 加強設(shè)備內(nèi)部氣體的控制
壓縮機內(nèi)部氣體的控制關(guān)系到壓縮機啟動之后能否順利進行自動加載,因此,加強壓縮機內(nèi)部氣體控制是保證設(shè)備正常運行、減少設(shè)備喘振的重要措施。一般來說,壓縮機內(nèi)部的氣體循環(huán)包括熱氣循環(huán)、冷氣循環(huán)以及熱氣加冷氣的旁通循環(huán)三種。加強對著三種循環(huán)的控制就是常用的氣體控制方法。具體來說,熱氣循環(huán)控制就是設(shè)備的內(nèi)部穩(wěn)定接近危險值時,把壓縮機的內(nèi)部氣體由出口向入口進行循環(huán)并增大流量,從而起到控制氣體的功效。冷氣循環(huán)是把壓縮機內(nèi)部的氣體由入口向出口進行循環(huán)并提升壓縮機流量的方法。熱氣加冷氣的旁通循環(huán)則可以充分結(jié)合兩種循環(huán)的優(yōu)勢,從而實現(xiàn)更好的氣體控制效果。
4.3 喘振
喘振是壓縮機的危險工況,目前所有壓縮機都設(shè)有防喘振控制畫面,較好判斷,要注意的是工藝工況調(diào)節(jié)時要避免運行點落入喘振區(qū)。
4.4 管路支撐不達標問題
①現(xiàn)場4個管道的支架均生根到一個結(jié)構(gòu)梁上。由于管道內(nèi)介質(zhì)是動態(tài)的,因此管道不可避免的會隨著介質(zhì)的流動發(fā)生一定的振動情況。如果所有管道均生根在1個結(jié)構(gòu)梁上,振動會隨著結(jié)構(gòu)梁傳動,造成管路振動加劇。根據(jù)相關(guān)振動理論,振動會向整個結(jié)構(gòu)中剛度最低的系統(tǒng)進行傳遞,結(jié)合該項目的具體情況,振動一定會向末段出氣管路傳遞。因此建議將4個彈簧支架單獨做鋼結(jié)構(gòu)進行支撐,避免管道之間互相影響。理論核算龍門支架會發(fā)生一定變形,實際同樣發(fā)生了一定變形。其中4個彈簧支撐的作用點變形量分別為:一段進氣支撐—0.203mm,一段出氣支撐—0.179mm,二段進氣支撐—0.481mm,二段出氣支撐—0.477mm。而根據(jù)計算的4個彈簧在工作狀態(tài)的變形量分別為:一段進氣彈簧變形量—0.113mm,一段出氣彈簧變形量0.092mm,二段進氣彈簧變形量0.375mm,二段出氣彈簧變形量1.091mm。生根變形量帶入模型重新進行了計算,此時4個彈簧支撐發(fā)生了脫空現(xiàn)象,即由于彈簧支撐的生根梁發(fā)生了變形,造成4個彈簧支撐未能起到設(shè)計時的預(yù)期。建議將門型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置斜撐以增加支撐剛度,如果條件允許,最好在橫梁中部設(shè)置立柱防止橫梁發(fā)生變形。②壓縮機各進出氣風筒外側(cè)第一個豎直管下方設(shè)計了4個彈簧限位支架,設(shè)計期望通過限位,實現(xiàn)管道由于溫度產(chǎn)生的荷載不會傳遞至壓縮機上。而現(xiàn)場實際也是通過一個門型鋼結(jié)構(gòu)支架以實現(xiàn)限位作用。同樣根據(jù)現(xiàn)場提供的鋼結(jié)構(gòu)型號進行了力學(xué)計算。實際4個限位荷載點的變形量分別為:一段進氣8.741mm,一段出氣6.798mm,二段進氣9.743mm,二段出氣9.367mm。而根據(jù)設(shè)計時的管路應(yīng)力分析結(jié)果,這4個點的溫度變形分別為(限位支架):一段進氣:0.968mm,一段出氣6.399mm,二段進氣1.359mm,二段出氣6.372mm。在限位荷載的作用下,限位鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生的變形量大于溫度變形,該鋼結(jié)構(gòu)未能起到設(shè)計預(yù)期的限位作用。建議在限位橫梁鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)立面之間增設(shè)剛性支撐,減小限位鋼結(jié)構(gòu)的支腿變形。并在限位支腿處4個方向設(shè)置斜拉筋,防止限位鋼板發(fā)生變形。同時,將限位支腿鋼板與鋼結(jié)構(gòu)橫梁之間的間隙利用橡膠或鋼板填塞,同時利用螺栓緊固,確保鋼板與橫梁之間無間隙。(3)根據(jù)上述現(xiàn)場實際的情況進行了應(yīng)力分析,建立模型與現(xiàn)場實際的情況保持一致,校核結(jié)果:2FC+MC=240.56,超出API要求值,故得出結(jié)論,壓縮機組的振動應(yīng)該是由于管路作用在壓縮機各進出氣風筒法蘭上荷載的合力、合力矩超出了標準2.4倍要求。而該荷載較大的原因是由于現(xiàn)場的支架生根剛度不足,沒有實現(xiàn)設(shè)計預(yù)期的效果造成的。更改后所有支架符合計算模型要求時,整機校核結(jié)果:2FC+MC=100.34,雖然也略超出規(guī)范要求,但根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗,可以滿足壓縮機的正常運轉(zhuǎn)要求。
結(jié)束語
綜上所述,該壓縮機組發(fā)生振動原因:管路應(yīng)力、管路支撐設(shè)計不達標,實際管路支撐安裝存在一定問題。氣流對管路存在一定沖擊,氣流頻率與管路固有頻率接近,容易引發(fā)共振問題造成管路振動偏大,引發(fā)壓縮機振動。管路應(yīng)力不達標,導(dǎo)致管路管口對壓縮機風筒作用載荷變大,隨壓力溫度的提升效果更佳劇烈,管路管口對壓縮機整機反作用載荷超標造成管路振動大,引發(fā)壓縮機振動。管路支撐設(shè)計存在問題及實際支撐安裝存在問題,管路內(nèi)介質(zhì)氣高速流動,管路不能得到充分的支撐或限位,管路易發(fā)生振動,引發(fā)壓縮機振動。
參考文獻
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