（中石化天然氣榆濟管道分公司，山東濟南 250000）

1 引言

壓縮機[1]作為天然氣管道的“心臟”，確保其安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷、優(yōu)良運行至關重要。某天然氣站采用SIEMENS生產的STC-SV（06-5-A）型電驅式離心壓縮機，正常運行時，機組的驅動端、非驅動端一次放空壓力數(shù)值基本一致。但該機組在運行過程中，出現(xiàn)驅動端、非驅動端一次放空壓力相差過大的情況，如不及時解決，機組將存在非計劃停車的風險。

因此，本文首先從機組運行狀態(tài)、一次放空氣路、干氣密封組件[2]、潤滑油狀態(tài)4個方面進行分析，總結出可能導致該異常現(xiàn)象的原因；然后借通過監(jiān)測平臺，對采集的數(shù)據(jù)及圖譜進行分析判斷，確定其主要因素；最后對機組后期的運行提出可行性建議。

2 一次放空壓力異常分析

圖1為SIEMENS控制系統(tǒng)中驅動端與非驅動端一次放空壓力趨勢圖，兩者的最大差壓達到70 kPa，機組的運行存在很大的安全隱患。

2.1 機組運行狀態(tài)

機組運行過程中，振動、軸位移[3]的變化會導致密封氣進氣量發(fā)生變化，影響一次放空量。如圖2所示，在一次放空量變化較大的區(qū)間內，壓縮機振動數(shù)值變化較為平穩(wěn)，軸位移數(shù)值基本保持不變，因此可推斷此次壓縮機驅動端、非驅動端一次放空量不同并非由振動、軸位移導致。同時，壓縮機轉速也維持在一個數(shù)值，說明一次放空量的不同與轉速無關。

在一次放空量變化較大的時間段內，止推軸承內、外側溫度，驅動端、非驅動端徑向軸承溫度基本保持不變，說明其對一次放空壓力的不同也沒有產生影響。同時，經(jīng)現(xiàn)場勘查，機組運行中并無異響，該時段內現(xiàn)場儀表顯示正常，轉速、位移、振幅等參數(shù)均在允許范圍內，且波動不大，工況未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 一次放空氣路

密封氣氣源共有3路：增壓撬進氣、正常進氣及壓縮機腔體進氣。3路進氣均通過旋風分離器、臥室分離器（濾芯精度3 μm）、錐形過濾器、密封氣過濾器，氣源潔凈。但機組長時間運行，壓縮機腔體內部難免會有結垢的現(xiàn)象，使氣源中混入雜質，而混入雜質的氣源如果直接作為密封氣可能造成一次放空壓力異常。通過內窺鏡觀察，如圖3所示，壓縮機流道及內壁無異?，F(xiàn)象；密封氣過濾器差壓正常（圖4），內部濾芯清潔，無異物。

圖1 SIEMENS控制系統(tǒng)中一次放空壓力趨勢圖

圖2 SIEMENS控制系統(tǒng)中振動、軸位移對一次放空量壓力的影響

而一次放空的密封氣經(jīng)加熱器后，變成兩路，通過孔板（d=2.1 mm）分別進入壓縮機驅動端和非驅動端的干氣密封盤，再經(jīng)過孔板（d=5.4 mm）和單向閥后排入大氣。如圖5所示，如果孔板或單向閥卡頓、內部結垢等，也將直接導致驅動端、非驅動端的一次放空壓力不等。對孔板、單向閥等一次放空氣路檢查，無漏氣現(xiàn)象，閥門活動正常，拆卸后內部清潔，無雜質。

2.3 干氣密封組件

密封氣需要進入壓縮機內部干氣密封組件，經(jīng)動靜環(huán)后，出壓縮機腔體進行放空。因此，需要對迷宮密封的組件進行分析。

通過圖6我們可以看出，如果干氣密封盤出現(xiàn)問題，那將直接導致驅動端、非驅動端的一次放空壓力不同[4-5]。而干氣密封盤出現(xiàn)問題主要包括3點：（1）壓緊套或波紋帶失效，導致其軸向移動，進氣量減少；（2）彈簧單元損壞，導致密封間隙自調節(jié)過程失效，密封氣的進氣量不同，進而一次放空壓力發(fā)生變化；（3）第一級動靜環(huán)后迷宮密封[6]損壞，二級放空量增加，進而導致一級放空量減少，一級放空壓力降低。迷宮密封的組件為一次性，如果其它所有情況均排除后仍未查明原因，那么才考慮對干氣密封進行檢查。

2.4 潤滑油狀態(tài)

發(fā)現(xiàn)異常時，通過油視窗檢查潤滑油狀態(tài)，未見異常，油溫、油壓均符合要求。但如果潤滑油中存在雜質，可能導致干氣密封內部動靜環(huán)間隙發(fā)生變化，間接造成機組兩端一次放空壓力不等。需通過圖譜分析及潤滑油檢定報告來確定。

3 故障診斷

圖3 壓縮機組內壁及流道情況

圖4 密封氣過濾氣濾芯情況

圖5 SIEMENS壓縮機一次放空氣路簡圖

故障時壓縮機驅動端X方向波形頻譜圖如圖7所示，可以看出：分數(shù)諧波與高次諧波同時出現(xiàn)，且故障時波形圖削波現(xiàn)象嚴重，可能為動靜摩擦[7]。而圖中出現(xiàn)了頻率為0.75X的譜線，經(jīng)計算是壓縮機一階臨界轉速5790 r/min所對應的工頻，可能為油膜振蕩和氣流激振，需做進一步的判斷。

圖6 干氣密封結構及原理圖

圖7 故障時壓縮機驅動端X方向波形頻譜圖

圖8 提純后高速軸軸心軌跡圖

圖9 壓縮機高速軸驅動端二維全息譜圖

從圖8中可以看出，提純后的高速軸軸心軌跡雜亂無章且?guī)в行A環(huán)，進動方向為反進動，同時軌跡變得狹長，其上存在尖點和突變，一般都是由碰磨形成的[8-9]。

發(fā)生碰磨后，轉子可能會出現(xiàn)熱彎曲，導致與靜子件間進一步碰磨。

圖9為壓縮機高速軸驅動端二維全息譜圖[10]。如果為油膜振蕩，應在分倍頻區(qū)內形成偏心率很小的橢圓，接近正圓，不可能只在垂直方向出現(xiàn)，排除油膜振蕩的影響。而動靜碰磨在全息譜上體現(xiàn)為一組偏心率很大的高頻橢圓，圖中的2X、3X、4X、6X符合動靜碰磨的特征。

在一次放空壓力異常時，壓縮機轉速為1198 r/min，低于機組2倍臨界轉速21970 r/min，主頻為工頻而非固有頻率，壓縮機并未出現(xiàn)異響，調整軸承潤滑油的溫度、壓力，機組運行的穩(wěn)定性無明顯變化；調節(jié)機組負荷與進口壓力、流量，固有頻率并未消失或減輕。因此，初步判斷異常原因為氣流激振。

壓縮機使用的潤滑油為航空級46#汽輪機油，按照其取樣要求，對故障后潤滑油取樣送檢，并與最近的一次檢定結果進行對比。通過表1成分對比，可以看出：故障后的油樣檢測結果為含有中等數(shù)量的滑動磨粒，少量嚴重滑動磨粒以及油品變質產物。

因此，對該壓縮機組進行潤滑油更換作業(yè)，更換完成后壓縮機組進行試運行，取適量潤滑油樣品進行檢測。經(jīng)檢定：潤滑油樣符合要求，機組運行過程中驅動端、非驅動端一次放空壓力數(shù)值趨于一致。

綜上所述，該故障是由于機組潤滑油中存在滑動磨粒，導致轉子與軸瓦發(fā)生局部摩擦，受振動影響高速軸兩端的干氣密封氣膜間隙發(fā)生微小變化，引起氣流激振，從而導致氣體泄漏量增大，一次放空壓力提高，致使壓縮機驅動端、非驅動端出現(xiàn)一次放空壓力差值過大的異?，F(xiàn)象。

表1 故障前后壓縮機潤滑油油樣磨粒成分對比

4 后期運行建議

（1）日常工作巡檢中，時刻關注密封氣、隔離氣、潤滑油、循環(huán)水等參數(shù)的變化趨勢，現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)是否存在異常。

（2）定期對機組潤滑油進行檢定，定期濾油，定期進行更換。建議長期運行的機組每月檢定一次潤滑油；長期處于冷備的機組應每月開車測試，每季度檢定一次潤滑油。

（3）當故障再現(xiàn)時，可調整軸承潤滑油的溫度、壓力，改善潤滑油的粘度，若無明顯變化，建議停機處理；

（4）當故障再現(xiàn)時，若生產條件允許，可適當調節(jié)壓縮機的工況點，改變生產運行參數(shù)，若無明顯變化，建議停機處理。

5 結語

作為生產過程中不可或缺的設備，壓縮機在石化行業(yè)的作用至關重要。針對離心式壓縮機在運行過程中出現(xiàn)的問題，本文進行了詳細分析，總結出可能導致該異常現(xiàn)象的因素，進行故障診斷，確定了其主要因素，最后對機組后期的運行提出可行性建議，保證機組能安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷、優(yōu)良運行。