摘 要: 引起壓縮機(jī)故障停機(jī)的原因主要有機(jī)械故障,、輔助系統(tǒng)故障、外部供電系統(tǒng)故障以及自控通信系統(tǒng)故障等,。其中轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的機(jī)械振動(dòng)故障是常見(jiàn)的機(jī)械故障類型,,通過(guò)分析轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的原因,找出可行的應(yīng)對(duì)策略,,對(duì)于保證壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義,。
天然氣長(zhǎng)輸管道承擔(dān)著輸送天然氣的重要任務(wù),。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐漸增強(qiáng),天然氣消費(fèi)量逐年增長(zhǎng),,確保天然氣的安全穩(wěn)定輸送十分重要,。壓縮機(jī)是天然氣長(zhǎng)輸管道的關(guān)鍵核心設(shè)備,壓縮機(jī)一旦發(fā)生故障將對(duì)天然氣輸送和下游市場(chǎng)天然氣的穩(wěn)定供應(yīng)產(chǎn)生重大影響,。做好壓縮機(jī)運(yùn)行管理對(duì)于保障長(zhǎng)輸管道運(yùn)行意義重大,。作為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械,壓縮機(jī)故障時(shí)有發(fā)生,,特別是運(yùn)行輔助設(shè)備和運(yùn)行參數(shù)異常是造成長(zhǎng)輸管道壓縮機(jī)組故障的主要原因,。壓縮機(jī)故障往往具有突發(fā)性,故障處理需要很高的時(shí)效性,,如果處置不及時(shí)可能會(huì)帶來(lái)重大損失,。隨著大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的發(fā)展,故障分析的手段逐漸豐富,,通過(guò)分析故障產(chǎn)生的原因,,提出合理的運(yùn)行和維修建議。把旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量沿旋轉(zhuǎn)中心線的不均勻分布叫做不平衡,,由此引起的機(jī)器振動(dòng)或運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的其他問(wèn)題稱為不平衡故障,。轉(zhuǎn)子不平衡引起的壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)異常進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)是較為常見(jiàn)的故障類型。針對(duì)某增壓站壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)異常,,及時(shí)開(kāi)展故障診斷及處理,,分析不平衡產(chǎn)生的原因,為同類故障處置提供參考,。
1 故障現(xiàn)象
某天然氣增壓站安裝有 XR355 型電驅(qū)離心式壓縮機(jī) 4 臺(tái),,日常運(yùn)行2用2備。壓縮機(jī)本體為垂直剖分結(jié)構(gòu),,包含 5 級(jí)葉輪。增壓站接收上游來(lái)氣,,經(jīng)過(guò)站內(nèi)過(guò)濾分離,、增壓后輸往下游場(chǎng)站。1號(hào)壓縮機(jī)組在正常運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值突然增大,,如圖 1 所示,。
圖1 故障機(jī)組振動(dòng)趨勢(shì)圖
從圖1 中看出,該機(jī)組在正常運(yùn)行過(guò)程中,,在轉(zhuǎn)速不變的情況下驅(qū)動(dòng)端 X 方向,、Y 方向振動(dòng)值同時(shí)突然增大,從25μm增長(zhǎng)到45μm,,停機(jī)聯(lián)鎖值為64μm,。隨后為查明振動(dòng)增大原因,保證機(jī)組運(yùn)行安全,機(jī)組停車檢查,。再次啟動(dòng)機(jī)組,,雖然能夠順利跨越一階臨界轉(zhuǎn)速,但振動(dòng)值依然較高,,存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),,為避免對(duì)轉(zhuǎn)子、軸承和密封造成更嚴(yán)重?fù)p傷,,需停機(jī)進(jìn)一步查找原因,。
2 故障診斷
大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生各種故障,及時(shí)開(kāi)展故障診斷,,防止事態(tài)擴(kuò)大,,能夠避免帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。正確的診斷和處理要建立在獲取與故障有關(guān)的信息基礎(chǔ)上,,綜合分析,,提高故障診斷的準(zhǔn)確性。
由于儀表失靈在大型機(jī)組故障中占有一定比例,,首先對(duì)相關(guān)振動(dòng)探頭進(jìn)行了檢查,,緊固接線等未發(fā)現(xiàn)異常。排除儀表故障后進(jìn)一步查找振動(dòng)異常原因,。在機(jī)組負(fù)荷沒(méi)有增加的情況下,,驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值突然增大
從圖上波形頻譜圖上看,波形呈現(xiàn)等幅正弦波形,,振動(dòng)異常的主要特征頻率為 1X,,初步分析造成振動(dòng)異常上漲的原因可能有: 1) 轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了不平衡,可能的原因有聯(lián)軸器接觸不良,、轉(zhuǎn)子結(jié)垢,、部件松動(dòng)、轉(zhuǎn)子彎曲等; 2) 支撐剛度不足或發(fā)生改變,,如軸承間隙大或壓蓋過(guò)盈不足等,。停機(jī)檢查聯(lián)軸器未發(fā)現(xiàn)異常。鑒于本增壓站上游來(lái)氣氣質(zhì)較差,,水露點(diǎn)超標(biāo)情況較多,,雖然進(jìn)站安裝有三臺(tái)臥式過(guò)濾分離器,進(jìn)入壓縮機(jī)組的天然氣仍可能攜帶一定水分,,存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn),,為此采用內(nèi)窺鏡對(duì)壓縮機(jī)內(nèi)部流道進(jìn)行了檢查,未發(fā)現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象,,同時(shí)結(jié)垢過(guò)程較為緩慢,,本機(jī)組振動(dòng)值突然異常增大,,從而排除了結(jié)垢問(wèn)題。通過(guò)查閱故障機(jī)組相關(guān)歷史資料,,該機(jī)組開(kāi)展過(guò)兩次大修,,并且調(diào)整過(guò)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡,對(duì)壓縮機(jī)內(nèi)部密封件如級(jí)間密封,、平衡鼓密封等進(jìn)行了更換,。壓縮機(jī)大修回裝完畢后試車,針對(duì)剩余不平衡量進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡調(diào)整,,在聯(lián)軸器鎖緊螺母位置增加過(guò)墊片,。通過(guò)波形頻譜圖及歷史檢修資料分析,引起驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值增大的原因很可能是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致,。
離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡引發(fā)的振動(dòng)故障,,通常是設(shè)備自身部件問(wèn)題或是轉(zhuǎn)子在裝配過(guò)程中對(duì)中不良而造成的。由于氣質(zhì)問(wèn)題造成結(jié)垢引起的故障也應(yīng)引起高度重視,。故障特征表現(xiàn)為由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡而產(chǎn)生的離心力,,隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速增大或者輸出功率增加,振動(dòng)逐漸加劇; 當(dāng)振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速同頻時(shí),,此時(shí)渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)向相同,,振動(dòng)狀況更加惡化; 撓性軸通過(guò)第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí),振動(dòng)十分劇烈,,轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為橢圓,,如圖3。諧波能量主要集中在轉(zhuǎn)子的工作頻率上,,其它倍頻成分所占比例相對(duì)較小,。
進(jìn)一步驗(yàn)證機(jī)組振動(dòng)值增大是否由轉(zhuǎn)子不平衡引起,壓縮機(jī)組的振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化明顯,,當(dāng)不平衡量較大時(shí),,難以跨越一階臨界轉(zhuǎn)速,本機(jī)組最大振動(dòng)值距離聯(lián)鎖保護(hù)停機(jī)值還有一定距離,,因此不平衡量較小,,考慮采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡調(diào)整不平衡量。采取聯(lián)軸器鎖緊螺母上增減墊片的方式進(jìn)行調(diào)整,,在聯(lián)軸器鎖緊螺母上互成 120°,每次在一個(gè)位置增加一個(gè)墊片,,啟機(jī)觀察振動(dòng)值變化,,通過(guò)增加墊片以及改變墊片位置的方法使壓縮機(jī)振動(dòng)值恢復(fù)到正常水平。本次調(diào)整首先去掉了在聯(lián)軸器鎖緊螺母位置已經(jīng)增加過(guò)的一個(gè)墊片,,啟機(jī)后觀察振動(dòng)值逐漸恢復(fù)到正常水平,,說(shuō)明本次調(diào)整有效,,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行,機(jī)組振動(dòng)值依然保持在較小的正常水平,,機(jī)組不平衡故障得到解決,。本機(jī)故障的快速解決得益于從歷史檢修資料得到了啟發(fā),因此建立完備的設(shè)備全生命周期檔案至關(guān)重要,,如圖 4,。
大型離心壓縮機(jī)組發(fā)生故障后應(yīng)立即開(kāi)展故障診斷,避免產(chǎn)生更嚴(yán)重后果,。故障診斷應(yīng)建立在機(jī)組歷史運(yùn)行,、檢修數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù),,去偽存真,,找出故障真正原因,有的放矢進(jìn)行故障處理,。壓縮機(jī)故障種類繁多,,引起故障的原因有多種,有些故障現(xiàn)象,、譜圖特征存在一定的相似性,,這給故障診斷帶來(lái)一定困難,必須結(jié)合機(jī)組歷史運(yùn)行狀況,、近期設(shè)備檢修情況綜合分析才能更好地確定故障原因,。因此在日常工作中應(yīng)不斷總結(jié)匯編機(jī)組故障案例,為后續(xù)故障處理提供參考,。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的機(jī)組故障原因有多種,,本機(jī)組不平衡量較小,未出現(xiàn)啟機(jī)困難或無(wú)法啟機(jī)的情況,,因此采取了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整動(dòng)平衡的方法解決了轉(zhuǎn)子不平衡問(wèn)題,,起到了良好的效果,為后續(xù)此類問(wèn)題的處理積累了經(jīng)驗(yàn),。當(dāng)不平衡量較大時(shí)機(jī)組難以跨越一階臨界轉(zhuǎn)速,,或振動(dòng)值較高觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī),嚴(yán)重影響生產(chǎn)任務(wù)的完成,,有些不平衡故障處理較為困難,,拆機(jī)檢查及返廠維修在所難免,在日常運(yùn)行過(guò)程中要重視機(jī)組不平衡問(wèn)題的產(chǎn)生,,采取有效措施減少故障發(fā)生,,同時(shí)不斷積累經(jīng)驗(yàn),提高故障診斷和處置能力,。