李亞軍，唐波，楊家林，楊俊琦，齊鵬逸

（1.中國石油塔里木油田設備物資處，新疆 塔里木 841599；2.北京博華信智科技股份有限公司，北京 100000）

新疆某公司乙烷回收裝置采用“丙烷預冷+膨脹機制冷+雙回流”工藝，實現(xiàn)乙烷的高效回收。其中丙烷制冷壓縮機組是該生產(chǎn)裝置的關鍵設備，該機組由電動機提供動力，通過變速器帶動壓縮機對丙烷進行壓縮。該制冷機組的丙烷制冷壓縮機（以下簡稱壓縮機）為約克公司生產(chǎn)，型號M-555B，設計5級葉輪，軸功率3889.65kW，額定轉速6546 RPM，臨界轉速3700RPM，啟動方式為變頻啟動。在投產(chǎn)試機階段，先后出現(xiàn)壓縮機振動高無法啟機、加載過程中振動高停車的故障，嚴重影響壓縮機正常啟機和運行，危害機組本體安全性能，制約企業(yè)設備管理及生產(chǎn)效益的提升。

1 壓縮機振動高無法啟機原因分析及處理

在機組試運行階段，壓縮機多次出現(xiàn)非驅動端徑向振動高聯(lián)鎖停車（90μm），過程中最高振動值超過120μm。試運行之前壓縮機空轉測試都較為正常，初步排除機組內部機械故障，綜合分析機組整個安裝及試運行過程，認為造成壓縮機振動高無法啟機的原因可能為配管安裝存在應力、壓縮機—聯(lián)軸器—電機對中不良。為此現(xiàn)場開展了機組外部機械檢查。

1.1 壓縮機管線應力檢查與處理

（1）壓縮機組撬外連接管線

壓縮機撬邊有1條進氣、3條級間插入氣、1條排氣、1條回流共6條工藝管線。現(xiàn)場逐一拆檢6條管線法蘭，共發(fā)現(xiàn)4條管線法蘭對中偏差（見表1），同時壓縮機轉軸水平方向偏移量讀數(shù)為0.075mm（超過壓縮機偏移量小于0.05mm的要求），垂直方向讀數(shù)為0.035mm。由對中數(shù)據(jù)可知，壓縮機組撬外管線安裝存在較大應力，配管應力傳導至壓縮機后使轉軸水平偏移超標。

表1 壓縮機撬外連接管線偏移量

現(xiàn)場對偏差管線和法蘭進行重新安裝，按照《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB 50235）要求保持法蘭連接與管道同心，螺栓可自由穿入，滿足法蘭間平行度小于0.1mm和同心度小于0.2mm的要求，有效消除了工藝管線與機組之間存在的應力。

（2）壓縮機組撬內管線

壓縮機撬內排氣管線上設置有直角三通，分出熱氣旁通管線（見圖1）。撬內排氣管線和熱氣旁通管線均由管卡固定，兩個位置呈直角的關卡同時限制了管道縱向和橫向移動，這樣就會在開機階段，使管道不能自由膨脹到位，從而產(chǎn)生熱應力。啟機前將管卡放松，運行時熱氣旁通管線沿排氣管線軸向移動了5mm，壓縮機組撬內排氣管線熱膨脹應力得到釋放消除。

圖1 排氣管線及熱氣旁通管線

1.2 壓縮機、聯(lián)軸器、電機對中檢查與處理

分別斷開壓縮機、變速箱和電機的聯(lián)軸器，測量檢查對中情況。發(fā)現(xiàn)電機聯(lián)軸器垂直方向存在偏差，實測值1.2mm超過了0.918mm（機組運維手冊）偏差要求。增加電機底部墊片0.3mm后，電機聯(lián)軸器垂直方向偏差減少到0.37mm，符合機組運維手冊要求。同步檢查壓縮機、變速箱、電機底腳螺栓，確保對中偏差符合要求。

通過機組外部機械檢查，分別消除了撬外部管線安裝應力、撬內部管線管卡固定應力和機組聯(lián)軸器對中問題，壓縮機啟機過程振動高問題未再出現(xiàn)，機組順利開車。

2 壓縮機加載過程中振動高停車原因分析及處理

排除外部機械故障后，壓縮機組正常啟機，但加載后平穩(wěn)運行約10min左右，非驅動端振動又快速增大，多次出現(xiàn)振動高停車（超過90μm，最高達115μm）。根據(jù)BH7000旋轉機械狀態(tài)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合機組開機過程的工藝參數(shù)，通過多源數(shù)據(jù)的綜合分析，認為該階段的振動異常是由于壓縮機暖機時間不足導致轉子出現(xiàn)臨時熱彎曲。

2.1 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷分析

狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要是采集、處理機組啟、停機及運行過程中的振動數(shù)據(jù)，同時對DCS等系統(tǒng)中機組相關的流量、溫度、壓力等多源工藝量進行整合，進行綜合分析。

結合設備歷史運行情況，通過BH7000狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分析壓縮機加載過程中的狀態(tài)監(jiān)測圖譜，結果顯示，在整個過程當中，頻譜中以一倍頻為主，占比能量最強，其余頻率成分占比較小（見圖2）。1X倍頻振動幅值高可能是壓縮機組轉子不平衡、臨時熱彎曲、機組內部存在輕微碰磨導致。

圖2 壓縮機非驅動端振動頻譜瀑布圖

從壓縮機非驅動端振動極坐標圖（見圖3）可以看出，振動相位有明顯變化，可判斷壓縮機振動高停機的主要因素并非壓縮機轉子本體存在不平衡結構。壓縮機啟動前，各部位溫度與室溫相同且均勻一致，啟機后因壓縮丙烷做功而產(chǎn)生熱量，使機組內部進出口各部位產(chǎn)生較大的溫差（最高可達100℃）。該壓縮機組共有5級葉輪，每級葉輪和主軸兩端共有7道梳齒密封，加載過程中各部件的溫度變化以及熱膨脹的速度并不一致，其中葉輪的溫度比主軸升高得快，因此推斷原因可能為暖機時間不足，造成轉子熱膨脹不均勻，熱應力過大使主軸彎曲，進而造成轉子臨時熱彎曲導致振動高停機。

圖3 壓縮機非驅動端振動極坐標圖

分析歷次壓縮機組運行參數(shù)趨勢可以發(fā)現(xiàn)，壓縮機自由端振動與入口溫度變化、熱氣旁通閥（將壓縮機出口90℃左右高溫氣體回流至入口吸入罐）開度有較大相關性；入口溫度降速過快會導致壓縮機自由端振動上升，反之壓縮機組振動趨于平緩（見圖4）。推斷熱氣旁通閥（防喘閥）開度對壓縮機溫度變化和自由端振動大小有較大影響。

圖4 入口溫度-機組振動曲線圖（紅色曲線為入口溫度，藍色曲線為壓縮機自由端振動）

2.2 延長壓縮機暖機時間

應用BH7000狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過對機組多源數(shù)據(jù)的綜合分析，得出了壓縮機加載后平穩(wěn)運行的有效措施。壓縮機通過臨界轉速加載運行后，合理調節(jié)熱氣旁通閥開度，防止壓縮機進入喘振區(qū)間，控制入口吸入罐降溫速率，0～-10℃的降溫時間由原來的4min延長至90min，-10～-15℃的降溫時間由原來的3min延長至60min，-15～-20℃的降溫時間由原來的3min延長至60min，通過充分暖機，消除轉子熱應力，防止壓縮機加載后振動高停車。

3 結語

通過對離心丙烷制冷機組振動高無法啟機、加載過程中振動高停車故障的有效處理，保障了工藝裝置的安全生產(chǎn)，優(yōu)化了設備操作規(guī)程，對大型關鍵動設備的安裝運行具有以下指導意義。

3.1 規(guī)范機組安裝施工

安裝過程中要嚴格按規(guī)范施工，工藝管線、支撐、管卡應設置合理，法蘭安裝平行度、同心度應保證在偏差范圍內，確保主機撬內管線、外部管線無應力連接。

3.2 加強狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

在機組調試、運行過程中，應充分運用設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術手段，科學指導異常分析、原因排查、故障處理等，提高原因分析的準確性和故障排除效率。

3.3 優(yōu)化啟機工藝操作

啟機加載后應緩慢控制工藝參數(shù)，保障一定的暖機時間。及時分析各參數(shù)與機組工況的相關性，對于離心設備應特別注意控制好防喘閥開度，遠離喘振區(qū)間。