乙烯压缩机组转子弯曲故障诊断

2010-06-11王胤龙郭九梅毕德龙

中国设备工程 2010年6期

王胤龙，郭九梅，毕德龙，赵海，郭斌

（沈阳鼓风机集团有限公司，辽宁沈阳 110869）

乙烯压缩机是乙烯生产中的关键设备，由于乙烯压缩机故障导致停产而引起的经济损失可以数百万元每天计，因此对出现的故障准确、及时做出判断，并采取相应措施是必要的。

一、运行描述

某乙烯厂乙烯压缩机工作转速6 400r/min，临界转速3 700r/min，由汽轮机拖动，机组结构及测点如图1所示。此压缩机运行到检修期，检修后重新启机，当转速接近工作转速时，由于出口压力过高连锁停机。排除仪表、压缩机性能的原因后，确定是气管路造成的。为了排查管路故障进行了数十次启停机操作，最后通过改造管路解决了压力过高连锁停机的问题。压缩机在工况下运行2h后，由于管路冷却器故障导致再次停机，冷却器修复后再次开机，过临界时压缩机低压缸后轴承侧（测点11、12）振动幅值陡增至90μm以上连锁停机。压缩机检修后在排除管路故障时，初始时期过临界振动幅值15μm以下，后突增至60μm，但过临界后振动幅值降至24μm，对压缩机的正常运转无影响，为了尽早投入生产，未采取任何措施，直至过临界连锁停机，不能再启机。

二、故障分析

图2a是压缩机初期某次启停机的Bode图，图2b是过临界幅值增加到60μm后某次启停机的Bode图，对比两图可看出，振动幅值发生了明显变化，停机曲线基本与启机曲线重合。

图1 机组结构及测点布置图

图2 低压缸启停机Bode图

低压缸振动幅值达到临界转速时的轴心轨迹和频谱图如图3、图4所示，后轴承测点11、12合成轴心轨迹接近椭圆，具有很好的重复性，频率以一倍频为主，幅值约40μm，且自始至终频率都以一倍频为主，幅值随转速增加而增大。

图3 低压缸前后轴轴心轨迹

图4 低压缸振动频谱

由此认为压缩机低压缸转子存在不平衡的迹象，由于短时期内启停机次数频繁，很有可能是转子弯曲引起的。由弹性支撑的转子不平衡响应曲线（图5）可看出，转子在过临界时，阻尼越小，幅值越大；如果没有阻尼，幅值无穷大。可见过临界的瞬时对转子的影响很大，短时期内频繁过临界，转子不断处于弯曲、伸直状态，使转子产生塑性变形，发生弯曲。

图5 转子不平衡响应曲线

图6 为压缩机排除管路故障达到工作转速后，连续运转的启停机Bode图，可看出停机时转子的临界转速比启机时增大了约600r/min，隔离裕度变宽，停机时的振动幅值明显增加，此外轴心轨迹为椭圆，频率主要以一倍频为主。

上述现象表明，低压缸转子的刚度发生了变化。由于此压缩机工况时乙烯气体的温度为-120℃，使转子温度发生较大变化。转子温度下降会使转子刚度增加，临界转速也会有少许增加，但临界转速增大600r/min是不可能的，这说明转子发生了弯曲，从而使得停机振动幅值高出启机很多，Bode图停机与启停机曲线不重合。由压缩机最后一次启停机的Bode图（图7）可看出，随着转速增加，振动幅值也随之增加，直至再次连锁停机，这也是转子不平衡的一个突出表现。