王亮

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163714）

螺桿壓縮機，屬于回轉(zhuǎn)式機械，主要用于對氣體進行壓縮、輸送，在對濕、臟、腐蝕性和易聚合等工藝氣體進行壓縮時，不易出現(xiàn)操作問題，廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域。我國的火炬氣螺桿壓縮機實現(xiàn)了對排氣壓力和可靠性的提高，并實現(xiàn)了對容積流量的增加，但其軸封性能仍有待提高。本文結(jié)合相關(guān)案例，對振動數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)采集，并對機械密封開展有效檢修，在此基礎(chǔ)上，對振動故障的具體原因進行歸納總結(jié)，并探究解決方法以增強整改效果。

1 案例概況

通常，通過火炬氣螺旋壓縮機對火炬氣進行回收排放，對燃料氣管網(wǎng)輸送火炬氣，能實現(xiàn)對能源的有效節(jié)約，并防止發(fā)生污染?；鹁鏆獾膩碓矗饕歉黝悷捰脱b置，諸如常減壓裝置、催化裝置、焦化裝置、加氫裝置等?；鹁鏆獬煞謴?fù)雜，包含各類顆粒性雜質(zhì)，諸如硫磺、焦炭等?；鹁鏆饴菪龎嚎s機組具有苛刻的運行條件：工藝氣體含有復(fù)雜的成分、需長期保持連續(xù)運轉(zhuǎn)、需聯(lián)合管網(wǎng)系統(tǒng)開展工作、管網(wǎng)系統(tǒng)具有復(fù)雜多變的工況。為保障火炬氣螺旋壓縮機實現(xiàn)可靠穩(wěn)定運行，要加強對振動故障的有效改造。某企業(yè)車間對3臺螺桿壓縮機進行并聯(lián)，據(jù)此組成火炬螺桿壓縮機，其管道系統(tǒng)主要包括如下內(nèi)容：氣體通過進氣總管路，分別進入3臺壓縮機各自的進氣分支管路，并從入口膨脹節(jié)，分別對螺桿壓縮機各自的進氣腔進行進入，進而完成壓縮升壓；在此基礎(chǔ)上，氣體經(jīng)由排氣腔，從出口膨脹節(jié)以及排氣分支管路，實現(xiàn)對直徑300mm排氣總管路的進入，最終實現(xiàn)對管網(wǎng)的進入。為減少二轉(zhuǎn)子間和轉(zhuǎn)子與殼體之間發(fā)生氣體泄漏，在壓縮機運行過程中，將適量潤滑油噴入工作腔內(nèi)，促進氣密性實現(xiàn)有效提高，并實現(xiàn)對齒面的有效潤滑，降低噪聲以及排氣溫度。該壓縮機組具有較大的噪聲，其機械密封多次出現(xiàn)泄漏，密封泄漏超標(biāo)明顯，使用壽命較短，且漏油量較大，呈現(xiàn)出嚴(yán)重的摩擦副磨損，裂紋出現(xiàn)于動環(huán)銷孔處。拆卸壓縮機后，可見陰陽轉(zhuǎn)子存在程度不同的磨損。

2 故障分析

在實際中，存在諸多原因，均可導(dǎo)致螺桿壓縮機出現(xiàn)振動故障和機械密封泄漏。一般情況下，可從設(shè)備本身和工藝系統(tǒng)上，對故障原因進行查找。通過振動專用測試設(shè)備，對螺桿壓縮機實施規(guī)范的振動測量，并針對陰陽轉(zhuǎn)子，從水平方向、軸向和垂直方向，開展振動采集。采集結(jié)果顯示，吸氣端相應(yīng)的垂直方向，呈現(xiàn)出最大的振動值，明顯比水平方向和軸向的振動值要高。對陰轉(zhuǎn)子吸排兩端在垂直方向上呈現(xiàn)出的振動值進行比較，可知，陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向呈現(xiàn)的振動值相對大于陰轉(zhuǎn)子排端在垂直方向呈現(xiàn)的振動值。上述結(jié)果契合于對現(xiàn)場機械密封進行維修形成的記錄。對現(xiàn)場機組振動頻率進行分析，并以此為依據(jù)，可知壓縮機組相應(yīng)的振動頻率呈現(xiàn)出較散分布，呈現(xiàn)出明顯的氣脈流動特點，對該現(xiàn)象原因進行分析，可得出如下內(nèi)容：

（1）對3臺壓縮機組而言，其入口管線與總管之間存在的相關(guān)管線在走向上各不相同，存在的彎頭數(shù)量較多，對每臺壓縮機而言，其入口阻力損失各不相同。對此，多臺壓縮機同時開展工作，在這種情況下，可能造成總管缺乏足夠的氣體緩沖，形成“搶氣”現(xiàn)象，外在表現(xiàn)即是3臺壓縮機組呈現(xiàn)出不同的入口壓力。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測形成的數(shù)據(jù)可知，3臺壓縮機組在保持同時工作的狀態(tài)下，分別呈現(xiàn)出2.85kPa、1.96kPa、2.19kPa的入口壓力，且出現(xiàn)氣流脈動。

（2）壓縮機組在實施試車的實際過程中，形成的最大振動值比7.1mm/s要低，產(chǎn)生的噪聲相對較小，試車運行保持平穩(wěn)后，采用火炬氣，機組形成明顯的振動增大現(xiàn)象，其原因可能是由于工作介質(zhì)。

根據(jù)氣流模擬結(jié)果可知，當(dāng)入口流量出現(xiàn)減少時，螺桿壓縮機進入排氣強的氣流速度缺乏穩(wěn)定性，產(chǎn)生旋渦較多。對其壓力分布進行分析，氣流缺乏良好的穩(wěn)定性，在旋渦附近，形成了一定的壓力降，在機器進出口，產(chǎn)生了壓力脈動，進而導(dǎo)致機組振動。

將搜集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為分析依據(jù)，并對仿真計算形成的結(jié)果進行綜合分析，獲取結(jié)論主要如下：機組發(fā)生振動，并出現(xiàn)機封失效，其原因主要在于氣流脈動。入口氣量相對較低，同時，入口出現(xiàn)氣量脈動，在這種情況下，機組運時轉(zhuǎn)子出現(xiàn)頻繁的軸向力變化，呈現(xiàn)出較大的軸向力，將引發(fā)下列情況：（1）陰陽轉(zhuǎn)子間實際存在的間隙相對減小，對轉(zhuǎn)子面造成磨損；（2）機械密封動靜環(huán)之間的力變化頻繁，引發(fā)的摩擦副磨損較為嚴(yán)重，在動環(huán)銷孔處，出現(xiàn)了一些裂紋。

3 改造措施

在上述分析的基礎(chǔ)上，對振動故障進行解決，應(yīng)對存在與壓縮機相應(yīng)的入口管道的氣流脈動實施有效消除，并對密封進行有效改造，主要可對如下措施進行運用：（1）針對壓縮機，對其入口總管，增加其直徑，據(jù)此增大其緩沖能力，并減少存在于入口處的氣流脈動；（2）針對總管道壓縮機，減少存在于其入口的彎頭，對入口阻力降進行控制，對小氣流脈動形成的影響進行降低；（3）控制機組實際的排氣溫度，通?？刂圃?5℃，適當(dāng)對噴液量進行減少，避免液體擾動過多影響機組振動；（4）摒棄機械密封，將干氣密封作為替代品。在特定工藝下，進氣管路的實際組分以及火炬氣介質(zhì)流量，會出現(xiàn)一定程度的變動，導(dǎo)致氣流脈動以及機械密封腔壓力產(chǎn)生的變化較大，將干氣密封實際運行狀況作為依據(jù)，將機械密封摒棄，替代使用干氣密封，良好實現(xiàn)對入口處存在的氣流脈動的適應(yīng)。對干氣密封而言，其螺旋槽僅能實施單向旋轉(zhuǎn)，其氣膜剛度相對較大，在工藝波動過程中，軸竄現(xiàn)象會導(dǎo)致存在于氣密封摩擦之間的間隙減小，并增大動壓槽相應(yīng)的反力，在摩擦副間，其氣膜剛度會出現(xiàn)增強，能有效克服閉合力，并防止摩擦副間形成接觸，能保障機組內(nèi)壓縮實現(xiàn)穩(wěn)定良好的長期運行。在干氣密封實際運行的過程中，僅有微量氮氣發(fā)生泄漏，能保障工藝氣體實現(xiàn)零泄漏，并增強其安全性。摩擦副之間呈現(xiàn)為非接觸，具有較小的功率損耗，能實現(xiàn)對密耗運行成本的有效降低。將氮氣作為密封氣，能避免密封油污染環(huán)境和工藝，能實現(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境的有效改善。

按照上述措施，對壓縮機組進行改造后，獲取陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向上形成的振動值，并與機組改造前陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向上形成的振動值進行對比，可知機組改造后，陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向上形成的振動值明顯比改造前陰轉(zhuǎn)子吸端在垂直方向上形成的振動值要小，且明顯減少了現(xiàn)場噪聲，機組實現(xiàn)了平穩(wěn)運行。對機組進行改造之后，機組振動故障消除，且未再出現(xiàn)泄漏。火炬氣螺桿壓縮機保持長期平穩(wěn)運行后，大量回收了火炬氣，有效降低了污染和噪聲，取得了良好的環(huán)保效益。

4 結(jié)語

綜上所述，對于火炬氣螺桿壓縮機振動故障，實施振動及頻譜分析，并開展流體有限元仿真計算，據(jù)此對故障原因進行分析，并形成解決方案加以改造。對機組進行改造后，機組能實現(xiàn)平穩(wěn)運行，并減小噪聲，實現(xiàn)零故障，使得壓縮機組振動故障得到良好解決。