大型透平离心压缩机试车期间状态监测及故障处理

韩斌(辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司,辽宁 阜新 123000)

作为空分装置中的重要设备，离心压缩机是一种高转速、高功率，而且是制造精度非常高的转动机械。运行中常出现各种故障，而振动是压缩机常见的故障，其监测的振动信号能及时的反应出机组运行状态信息。造成新机组运行中振动增大的因素有：转子不平衡，轴系不对中，基础松动，转子磨损，机组装配间隙小，叶片脱落，机内有杂物，机组配管存在外应力等，既影响压缩机的寿命又影响生产效率，这里就某化工厂空分装置I系列压缩机组试车期间出现的振动高，流量低故障进行分析诊断，对处理过程进行经验交流。

1 设备简介

本离心压缩机组主要由DMCL1204+2MCL1203+3BCL527离心压缩机、汽轮机及增速器组成，各部机之间由kopflew公司设计制造的膜盘联轴器相连接。压缩机共分为三缸、六段、十四级，经四次中间冷却和两次水汽分离。由图1可知，本机组由汽轮机拖动，采用一拖三形式，汽轮机为双出轴，一端直接带动空压机，另一端通过增速器增速后拖动增压机。

图1 压缩机组布置图

2 设备故障特征

空分装置I系列压缩机组于2013年9月25日开始三机联动试车，机组开车前，增压机入口阀门全关，开车气源来自增压机进口仪表气管路。17:16冷态启动空气压缩机组，17:20机组转速达到800rpm，暖机约30分钟，在暖机期间，操作人员发现增压机三段进口流量偏低，现场开打增压机入口补气阀。

17:49开始升速，控制程序按照一定速率爬坡，同时逐渐增大空压机、增压机入口导叶的开度。操作人员发现增压机三段进口流量持续偏低，流量并未随增压机进口导叶开大而升高。同时增压机振动测点VIA142、VIA143随转速升高而逐渐增大，17:50转速升至1320rpm时，由于震动测点VIA143达到93um，超过联锁值，机组跳车；17:56启动顶轴油泵及盘车电机。

20:00再次启动压缩机组，增压机振动测点VIA143均达到联锁值，振动测点VIA142接近联锁值。同时增压机三段进口流量持续偏低。

3 数据采集、状态监测

根据离心压缩机组升速期间，VIA143振动值逐渐增大，增压机三段进口流量偏低，进行数据采集频谱分析。

图2 增压机波形频谱图

图2波形频谱图中，通频波形为纯正弦波，自振动趋势增大开始，对应的各转速下，谐波能力主要集中在转子的工作频率（1X）上，其占主导地位，低频及高频成分不明显。通常情况下，高振动几乎只限于一个转子，这与不平衡或不对中不同，因为不平衡和不对中引起的高振动不只限于一个转子[1]。当转子出现平行不对中时，其2倍转频突出，而角度不对中时则出现同频振动，即多倍频振动。图2中并没有出现多倍频谐波，表明振动不是不对中引起。初步分析振动增大的主要原因是：转子不平衡，可能是转子上的垢层脱落、或他物体脱落等造成此类振动。增压机三段进口气体流量偏低可能是设备或管线法兰连接处存在盲板或盲垫，或级间管线存在杂质阻塞空气进口。

图3 增压机轴心轨迹图

图3所示自振动趋势增大开始,各转速下,轴心轨迹近似椭圆。说明这时基频为主要振动成分，如果振幅值不高，说明机组运行稳定，如果振幅值比较高，则重点怀疑不平衡故障。

不同的轴心轨迹反映着转子运动状态或故障的基本信息，比如不平衡故障使轴心轨迹呈椭圆形，不对中故障使轴心轨迹呈外8字形，油膜涡动故障使轴心轨迹呈内8字形[2]。如果轴心轨迹的形状及大小的重复性好，则表明转子的涡动是稳定的；否则，就是不稳定的。转子发生亚异步自激振动时，其轴心轨迹往往很不稳定，不仅形状及大小时刻在发生较大的变化，而且还会出现大圈套小圈的情况。因此判断不平衡非转子本身制造误差或材质不均匀造成，而此机组为初次试车，若出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。所以排除原始不平衡。若是增压机级间管线存在盲板或盲垫，进气量将为零，随着转速的升高，将会造成级间管线发生喘振，轴心轨迹将会紊乱。

图4 增压机波德图

图4波德图中,监控数据显示相位随工作转速渐变,振幅逐渐增大,重复性较好。机组经过多次启动，发现振值随转速升高而逐渐升高，并未随运行时间的延长而逐渐增大，因设备为初次试车，并不存在转子上结垢，介质中为洁净的空气，不会出现粉尘等的不均匀沉积物或颗粒对叶片及叶轮产生不均匀磨损及对转子磨蚀等因素，初步排除因渐发性不平衡。而振值并未出现突然显著增大现象，振动的通频振幅并未出现瞬间升高，排除由于转子上零部件脱落或叶轮断裂造成机组振值突然显著增大。

4 故障分析诊断

该离心压缩机组自安装后，分别经过汽轮机单体试车，汽轮机—空压机联动试车，运行一直平稳，此次进行三机联动试车，增压机初期振动测点值偏高，三段进口管线流量偏低，操作人员打开增压机补气阀后，机组开始升速，三段进口流量并未随增压机进口导叶开度增大而增大。

根据初期状态分析，若是设备或管线法兰连接处存在盲板或盲垫，进气量几乎为零，随着转速的升高，将会造成级间管线发生喘振，机组和管道将会剧烈震荡，根据监控显示，进口流量并不为零，有一定的低流量，现场机组和管线并未产生剧烈震荡。增压机三段进口设有止逆阀，初步分析止逆阀锈蚀卡涩或增压机流道阻塞，造成进口流量偏低，引起机组振动。

后期压缩机组升速后，振动测点达到联锁值，根据上述频谱图分析诊断，判断此次振动为典型的不平衡现象，可能由于设备或管道内存在杂质，造成转子不平衡引起振动，需要拆缸检查。

5 机组检修

现场组织人员对设备及管线法兰连接处检查，未发现有盲板、盲垫存在。现场将增压机三段进口管线止逆阀拆卸检查，发现阀门严重锈蚀，阀瓣不启动，阻塞流道，造成三段进口流量偏低，经清洗打磨处理后回装。

对增压机进行拆缸检查发现二段吸入口管道存有施工人员使用过的手套，由于手套在机组运行阶段被卷入增压机二段入口叶轮，使叶轮产生了附加的离心力，进而造成转子不平衡而引起振动。后将级间管道彻底清理并回装后，再次启动压缩机组轴振动达到正常值范围，增压机三段进气恢复正常值。

6 结语

本文在分析大型透平离心压缩机试车期间出现的振动高，空气流量低等问题上，进行在线监测，结合频谱分析，能够较准确地掌握机组运行状况，进行生产中的事故诊断，得出解决措施。同时建议加大机组安装、拆检跟踪检查力度，尤其类似级间管道这种隐蔽工程，在此类管道与设备对口时需严格进行检查确认，以确保机组级间管道内的清洁度符合工艺要求。

[1]申甲斌.常见三种机械松动的振动频谱分析[J].中国设备工程，2008,52-55.

[2]万书亭.李和明.汽轮发电机组轴心轨迹进动方向自动识别新方法[J].中国电机工程学报.2003,3(23)：146-149.