呂志堅(jiān)

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化公司設(shè)備檢修公司，新疆 獨(dú)山子 833699)

循環(huán)氣壓縮機(jī)是為氣相反應(yīng)物和惰性組分提供動(dòng)力的設(shè)備，可使其在含少量催化劑的樹脂流化床中連續(xù)循環(huán)；循環(huán)氣流經(jīng)樹脂床，使床層流化并帶走聚合熱，然后再通過(guò)循環(huán)氣冷卻器從循環(huán)氣中撤走聚合反應(yīng)熱及壓縮熱。壓縮機(jī)非計(jì)劃停車將終止硫化樹脂床反應(yīng)， 造成裝置停工及大量原料浪費(fèi)。某石化廠循環(huán)氣壓縮機(jī)在歷年運(yùn)行中， 故障主要表現(xiàn)為氣相反應(yīng)物介質(zhì)中粉料在壓縮機(jī)葉輪上結(jié)料， 造成轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度下降；為適應(yīng)市場(chǎng)需求， 產(chǎn)品牌號(hào)頻繁轉(zhuǎn)換， 不同粘性產(chǎn)品在葉輪上結(jié)料的速度不同， 導(dǎo)致故障發(fā)生的頻率也不同。而本文所述的電機(jī)軸瓦頻繁波動(dòng)的故障在該壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中首次出現(xiàn)， 在拆檢時(shí)找出故障的原因， 并采取科學(xué)合理的措施， 徹底解決了該問(wèn)題。下面詳細(xì)介紹故障現(xiàn)象及分析診斷過(guò)程。

1 設(shè)備概況

1.1 機(jī)組簡(jiǎn)介

某石化廠循環(huán)氣壓縮機(jī)為日本神戶制鋼公司生產(chǎn)的單級(jí)、開(kāi)式葉輪、恒速離心式壓縮機(jī)，型號(hào)為DH9M。循環(huán)氣循環(huán)流率由壓縮機(jī)吸入口的入口導(dǎo)葉控制。該壓縮機(jī)功率為5 100 kW；進(jìn)口壓力為2.262 MPa，出口壓力為2.43 MPa，設(shè)計(jì)壓力為3.103 MPa；操作溫度為45～100 ℃，設(shè)計(jì)溫度為170 ℃；壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為2 983 r/min；設(shè)計(jì)流量為57 375 m3/h；機(jī)體總質(zhì)量37 000 kg；密封系統(tǒng)采用約翰克蘭干氣密封系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)機(jī)采用了雙驅(qū)動(dòng)機(jī)方式，由蒸汽透平通過(guò)液力耦合器與電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端連接，再由電機(jī)與壓縮機(jī)連接，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

1.2 機(jī)組振動(dòng)測(cè)點(diǎn)分布及壓縮機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)

機(jī)組振動(dòng)測(cè)點(diǎn)分布及壓縮機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 機(jī)組振動(dòng)測(cè)點(diǎn)分布

圖2 壓縮機(jī)機(jī)組結(jié)構(gòu)

2 電機(jī)軸瓦振動(dòng)波動(dòng)故障現(xiàn)象

2019年9月，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行了解體檢修、葉輪水力清洗，更換干氣密封，檢查電機(jī)軸瓦，并在軸承座上加裝了熱電偶溫度探頭，實(shí)現(xiàn)二選二溫度聯(lián)鎖保護(hù)。開(kāi)機(jī)后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)較檢修前有增大現(xiàn)象，并且存在幅值波動(dòng)，運(yùn)行至2020年9月，波動(dòng)頻次及幅值均有所增大。SG8000在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示：2020年9月15日 06：36：04，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端探頭VI40304A/B振動(dòng)幅值從37.4 μm/14.24 μm上漲到8:26:05的85.11 μm/51.78 μm，然后再回落至9:26:04的25.2 μm/21.2 μm。壓縮機(jī)聯(lián)軸器端探頭VI40303B也跟隨電機(jī)驅(qū)動(dòng)端出現(xiàn)11 μm的反向波動(dòng)。隨后，2020年9月16日再次出現(xiàn)波動(dòng)。2020年9月21日23:41:57， 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端VI40304A波動(dòng)至峰值94.73 μm，VI40304B波動(dòng)至峰值63.89 μm，相應(yīng)地，壓縮機(jī)聯(lián)軸器側(cè)出現(xiàn)跟隨性振動(dòng)，而電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端及壓縮機(jī)非聯(lián)軸器未出現(xiàn)波動(dòng)。

3 振動(dòng)故障原因監(jiān)測(cè)與分析

3.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)圖譜

通過(guò)對(duì)機(jī)組振動(dòng)及溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：振動(dòng)波動(dòng)主要集中在壓縮機(jī)與電機(jī)之間的聯(lián)軸器兩側(cè)徑向振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，與電機(jī)側(cè)振動(dòng)幅值上漲相對(duì)應(yīng)的是壓縮機(jī)側(cè)振動(dòng)幅值的變化， 當(dāng)幅值變化較小時(shí)， 其余測(cè)點(diǎn)無(wú)變化； 各軸瓦溫度無(wú)同步變化。因此，可將故障部位縮小到壓縮機(jī)與電機(jī)之間的聯(lián)軸器兩側(cè)。

3.2 圖譜分析及故障診斷

分析波動(dòng)期間振動(dòng)趨勢(shì)圖發(fā)現(xiàn)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)端x和y方向同步出現(xiàn)振動(dòng)正向波動(dòng)(如圖3所示)；壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端x和y方向同步出現(xiàn)振動(dòng)負(fù)向波動(dòng)(如圖4所示)。波動(dòng)期間電機(jī)驅(qū)動(dòng)端時(shí)域波動(dòng)為正弦波，波形光滑無(wú)毛刺，從頻域中可以看出，通頻幅值波動(dòng)主要是由于1X幅值增加所致(見(jiàn)圖5)；瀑布圖中無(wú)新增頻率成分出現(xiàn)，工頻幅值成分波動(dòng)為同頻值波動(dòng)的主導(dǎo)因素，其余頻率成分無(wú)增大變化(見(jiàn)圖6)。從軸心位置圖可以看出，當(dāng)振動(dòng)幅值達(dá)到最大時(shí)，軸心位置向上移動(dòng)了17 μm，轉(zhuǎn)子偏心率減小，穩(wěn)定性下降【1】(見(jiàn)圖7)；從軸心軌跡可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間反進(jìn)動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)子存在輕微碰磨。提純后的軸心軌跡呈長(zhǎng)軸遠(yuǎn)大于短軸的橢圓形，在x軸方向較長(zhǎng)(見(jiàn)圖8)。由此可以判斷，轉(zhuǎn)子在波動(dòng)過(guò)程中，振幅較大，垂直方向受轉(zhuǎn)子重力作用，抑制了振動(dòng)值幅值增大【1】，水平方向出現(xiàn)了大幅波動(dòng)。根據(jù)軸瓦溫度趨勢(shì)可以判斷，轉(zhuǎn)子與軸瓦并無(wú)接觸；根據(jù)反進(jìn)動(dòng)出現(xiàn)時(shí)間及波動(dòng)特征可以判斷，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端出現(xiàn)了軟碰磨【2】。

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端徑向振動(dòng)趨勢(shì)

圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端徑向振動(dòng)波形頻譜

圖6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端徑向振動(dòng)瀑布

圖7 電機(jī)與壓縮機(jī)之間聯(lián)軸器側(cè)軸心位置

圖8 電機(jī)與壓縮機(jī)之間聯(lián)軸器側(cè)軸心軌跡

3.3 檢修情況分析

2019年大修期間，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端更換軸瓦和油封， 更換后電機(jī)軸瓦間隙為聯(lián)軸器側(cè)0.21 mm、非驅(qū)動(dòng)端側(cè)0.22 mm，電機(jī)主軸軸瓦部位軸徑為φ159.79 mm，軸瓦安裝間隙符合檢修標(biāo)準(zhǔn)要求(0.16～0.26 mm)。電機(jī)軸徑、軸瓦測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 電機(jī)軸徑、軸瓦測(cè)量數(shù)據(jù)

檢修期間更換的電機(jī)軸瓦為原廠配件，經(jīng)各項(xiàng)檢查合格后使用。電機(jī)擋塵環(huán)因拆檢時(shí)損壞，由密封廠家進(jìn)行了測(cè)繪加工制作，由于該零件在圖紙上并未標(biāo)明規(guī)格尺寸，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)端擋塵環(huán)已安裝完畢，無(wú)法進(jìn)行對(duì)比；檢修人員對(duì)新?lián)鯄m環(huán)進(jìn)行了尺寸檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外徑不完全符合安裝配合間隙。由此可以判斷，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端出現(xiàn)的軟碰磨很可能為該擋塵環(huán)導(dǎo)致的。擋塵環(huán)材質(zhì)為聚甲醛，上、下兩半圓弧由彈簧固定，應(yīng)該具有一定補(bǔ)償和隨動(dòng)性能。檢修更換配件清單見(jiàn)表2。

表2 檢修更換配件清單

3.4 診斷結(jié)論

電機(jī)動(dòng)、靜部分存在軟碰磨，可以確定碰磨部位在驅(qū)動(dòng)端，排除軸瓦及油封碰磨的可能性。轉(zhuǎn)子軸系無(wú)機(jī)械故障；與電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)軟碰磨的部件應(yīng)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)端擋塵環(huán)；擋塵環(huán)受軸向和徑向位置限制，與轉(zhuǎn)軸接觸，其復(fù)位后，振動(dòng)波動(dòng)消失。轉(zhuǎn)軸與聚甲醛擋塵環(huán)碰磨屬于剛性和柔性材質(zhì)的碰磨，作用時(shí)間較長(zhǎng)，摩擦過(guò)程出現(xiàn)轉(zhuǎn)子反進(jìn)動(dòng)，時(shí)域波形并未出現(xiàn)削波現(xiàn)象。電渦流傳感器安裝在軸承箱外側(cè)單獨(dú)的殼體上，貼近擋塵環(huán)部位，當(dāng)發(fā)生碰磨時(shí)殼體受到?jīng)_擊，在頻域中表現(xiàn)為工頻振動(dòng)增大，在殼振監(jiān)測(cè)中表現(xiàn)為同步振動(dòng)增大。

4 拆檢及故障驗(yàn)證

為避免壓縮機(jī)非計(jì)劃停機(jī)帶來(lái)的影響，決定進(jìn)行停機(jī)檢修。拆檢新加裝的熱電偶溫度傳感器，未發(fā)現(xiàn)機(jī)械干擾；拆檢軸承箱上蓋，檢查軸瓦，未發(fā)現(xiàn)磨損現(xiàn)象；測(cè)量軸瓦間隙、瓦背緊力，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；測(cè)量電機(jī)隔爆環(huán)間隙、油封間隙，未發(fā)現(xiàn)磨損；檢查擋塵環(huán)發(fā)現(xiàn)，其端面較舊環(huán)增加0.2 mm，內(nèi)徑增大0.7 mm，外徑增大8.6 mm，外徑與殼體間隙為零。

擋塵環(huán)外徑間隙小造成其安裝后在殼體中呈現(xiàn)無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，隨動(dòng)補(bǔ)償性能下降，轉(zhuǎn)軸與擋塵環(huán)間隙變得不均勻，最小部位小于軸瓦間隙。運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)軸與擋塵環(huán)接觸后產(chǎn)生軟碰磨，導(dǎo)致振動(dòng)逐漸增大；當(dāng)卡澀的擋塵環(huán)在持續(xù)轉(zhuǎn)軸離心力作用下慢慢在環(huán)槽內(nèi)調(diào)整到合適位置時(shí)，軟碰磨減緩，振動(dòng)降低。如受到溫度變化影響，則會(huì)再次出現(xiàn)碰磨情況。擋塵環(huán)安裝位置見(jiàn)圖9。

圖9 擋塵環(huán)安裝位置

由于無(wú)新配件可供更換，為了保證電渦流傳感器安裝腔體內(nèi)的潔凈度，將舊擋塵環(huán)去除，在腔體外側(cè)對(duì)稱安裝兩條進(jìn)氣線。改造后進(jìn)氣線安裝見(jiàn)圖10。通過(guò)進(jìn)氣線通入氣體，可使腔體內(nèi)保持微正壓，防止灰塵、油水進(jìn)入腔體。經(jīng)上述改造處理后，徹底解決了電機(jī)振動(dòng)波動(dòng)故障，使機(jī)組的運(yùn)行恢復(fù)平穩(wěn)。

圖10 改造后進(jìn)氣線安裝