离心压缩机实际一阶临界转速值的确定

高松林

（四川石化有限责任公司，四川彭州611930）

离心压缩机实际一阶临界转速值的确定

高松林

（四川石化有限责任公司，四川彭州611930）

四川石化渣油加氢装置2台离心压缩机在单机试运时发现转速低于一级临界转速VIA8220、VIA8221两点振动明显加大。分析认为压缩机振动增大是因为压缩机处于临界区域且实际一阶临界转速低于厂家给定的4369 r/min造成，因此有必要需通过实验确定离心压缩机的真正一级临界值，以使离心压缩机能快速越过临界区域避免出现振动加大对设备造成损坏。

离心压缩机；振动；一阶临界转速

1　引言

四川石化300×104t/a渣油加氢反应采用双系列工艺。装置2台离心压缩机，分别作为2个系列的循环氢压缩机，与背压式汽轮机整体组装在一个共用底座上。本次试运行的目的是考核机组在空负荷及氮气工况下运行情况。检查机组运转工况是否正常可靠；润滑油系统的运转情况是否正常；干气密封系统的运转情况是否正常；调速控制性能是否正常；机组各部轴瓦温度、振动、位移情况；机组各项联锁自保是否准确、灵敏、正常；机组各监视仪表是否灵活好用；压缩机防喘振系统是否好用。发现试运过程中的问题并及时得到处理。

2　离心压缩机在加氢装置中的重要作用

由于加氢反应是放热反应，增加反应温度可以加快反应速度，并释放大量的反应热。如果不将反应热及时排除，将导致热量积聚，反应床层温度骤然上升，出现“飞温”或“超温”现象，造成催化剂损坏，寿命降低以及设备损坏。作为提供急冷氢控制反应温度的关键设备循环氢压缩机就要求能长周期、安全、平稳运行。目前渣油加氢循环氢压缩机采用离心压缩机，具有大流量、高效率、能满足长周期稳定、可靠运行，因此离心压缩机的平稳运行至关重要。

3　试机问题

（1）在试运过程中发现I系列循环氢压缩机VIA8220、VIA8221轴承振动值在未达临界转速时成倍增加，经排除引起离心压缩机振动的机械原因和其他因素，判断引起振动突然增大是因为汽轮机在高速暖机时的转速正好是离心压缩机的一阶临界转速。

（2）临界转速的产生：压缩机在制造、装配过程中不可避免地存在局部重心偏移。当转子转动时这些偏心质量就会产生周期性的激振力作用在转子上，使转子产生受迫振动。当激振力的频率和转子系统转动条件下的自振频率相接近时，转子会产生共振，这个转速就称为转子的临界转速。临界转速实质上就是在一定的旋转速度下轴系发生共振时的转速，当一台旋转机械的结构参数确定后，其临界转速也确定。它在运行中表现为：在这些特定的转速下，转子会发生剧烈的振动，而转速离开这些特定转速值一定范围后，旋转又趋于平稳。

临界转速危害：在临界转速时，转子的振幅将急剧增加，转轴呈现剧烈的横向振动，轴的挠度增大，长时间在此区域运行轻则使转子振动加剧，重则引起设备零部件永久变形或结构破坏造成事故，因此对转子的临界转速必须给予足够的重视。设备运行时应避免工作转速长时间接近或等于临界转速。准确测定转子的实际临界转速，是保证机组安全操作运行和进行故障诊断等工作所必不可少的一个环节。因此确定离心压缩机的一阶临界转速设备的安全运行尤为重要。

4　离心压缩机一级临界转速的确定

从表1和表2设备厂家给出的信息可得压缩机的一阶临界转速为4369 r/min，二阶临界转速为17139 r/min。由于压缩机二阶临界转速17139 r/min高于汽轮机电子跳闸转速13721 r/min和机械跳闸转速13976 r/min，在试运过程中也没发生在正常运行区间8470～12705 r/min及做电子跳闸13721 r/min及机械跳闸13976 r/min的情况下均没发生振动增大的情况，因此确定验证一阶转速具有重要的意义。

表1　循环氢压缩机主要技术参数

表2　汽轮机主要技术参数

4.1第一次试机运行方案

离心压缩机的试运是在管线蒸汽打靶合格、联锁静态调试完毕、汽轮机单机试用合格，影响压缩机试运的问题消除后进行的。

压缩机启动后主要经历以下几个阶段：

（1）低速暖机：在1220 r/min暖机20 min；

（2）高速暖机：低速暖机后进入4200 r/min进行高速暖机，暖机15 min；

（3）加速模式：主要是使压缩机快速越过一阶临界转速4369 r/min，进入安全区域、避免因压缩机在此区间长时间运行造成对设备的损坏；

（4）运行模式：离心压缩机生产运行区间8470~12705 r/min；

（5）超速模式：为压缩机调试电子超速和机械超速联锁调试而设置的模块；

（6）停车：压缩机按设置好的程序自动由正常运行状态到停止状态的操作。

此试机方案中各关键参数是根据设计院及离心压缩机厂家提供的信息，以压缩机一阶临界转速为4369 r/min的情况下制定的压缩机试运方案。

根据此方案在实际试运过程中发现在未到4369 r/min的临界转速下压缩机VIA8220的振动由23.199 μm快速达到44.144 μm最大值，VIA8221的振动值由18.529 μm到35.501 μm，而后随转速的增加振动值快速回落到较低的值。VIA8220、VIA8221两点振动值前后分别增加约1.9倍、1.92倍，两者增幅均接近2倍。

通过排除机械故障方面的原因后得出压缩机轴承振动突增是压缩机提前进入一阶临界区域造成的结果，因此需通过修改试运方案，来确定压缩机的一阶临界值。

4.2修改后试机方案

第二次的试运在高速暖机下做了调整。将第一方案中从低速暖机的1220～4200 r/min之间分成多步进行停留观察，在3800 r/min后快速越过进入正常运行时最低值8470 r/min。

1220 r/min后暖机停留转速有2000 r/min、3000 r/min、3400 r/min、3800 r/min阶段，在此4个阶段下运行20 min，如有振动突增的情况则快速越过进入到8470 r/min。从实验得出振动与转速的关系见表3。

表3　离心机转速与振动值变化

通过数据可以得出当压缩机转速到在3958 r/min时，VIA8220及VIA8221振动值达到最大，并没有在4369 r/min时出现最大值，随后随着转速的增加振动值呈下降趋势。通过压缩机开、停经临界点时的振动与转速趋势如图1所示。

图1　离心机开、停运行过程振动值变化

如图1 ITCC监测所示，红黄曲线反映了离心压缩机VIA8220及VIA8221两点在开、停过程中越过一级临界转速时的振值变化曲线。左侧曲线突起是离心机在开机过程中越过临界点时VIA8220振动值44.144 μm、VIA8221振动值35.501 μm，此时转速为3958 r/min。右侧是离心压缩机在停机过程中越过一级临界转速时的振动情况，此时VIA8220振动值30.25 μm、VIA8221振动值20.91 μm，此时转速为3958 r/min。中间部分是离心机在8470～12705 r/ min区间升速和降速过程转速与振值变化情况。由此很明显的可以说明离心机的真正一阶临界转速为3958 r/min，并非厂家提供的4369 r/min。

5　结语

（1）通过完善离心压缩机试运方案，结合ITCC控制系统设备状态监测历史趋势分析得出离心压缩机真正的一阶临界转速为3958 r/min，所以高速暖机的最终转速由4200 r/min修订为3800 r/min，从而解决压缩机轴承振动突然成倍增加的问题，也避免了离心压缩机在开机过程中长时间处于临界状态下的高速暖机对设备造成的损坏。

（2）四川石化渣油加氢离心机操作采用的是ITCC自动控制系统操作，因此高速暖机的最终转速也同样需要修改。

（3）根据相同的试运方法对渣油加氢另一台离心压缩机分析，得出实际一阶临界转速与厂家给定的参数存在不符。

（4）由于厂家给定的临界转速是根据理论计算出来的，并不能反映真实的临界值，因此需对影响设备长周期运行的关键参数在设备试运阶段一一进行确认，及时发现问题与不足，及时得到有效的处理。

（5）准确确定一阶临界转速除了完善的方案和熟练的操作人员外，具有历史记录趋势之一的ITCC自动控制系统也对分析起到重要的作用。

［1］中国石油化工集团公司人事部，中国石油天然气集团公司人事服务中心编.加氢裂化装置操作工［M］.北京：中国石化出版社，2008：1.

［2］季晓中.转子临界转速的测定与计算［J］.汽轮机技术，1999，（2）.

［3］李惠昌，张臻伟.转子临界转速特性的试验研究［J］.上海汽轮机，1989，2.

［4］陈平.轴的临界转速［J］.燕山油化，1986，2.

［5］周保堂，贺世正.转轴系统临界转速的测定［J］.振动测试与诊断，1983，2.

Determination of Actual First-order Critical Speed Value of Centrifugal Compressor

GAO Song-lin
（Sichuan Petrochemical Co.，Ltd.，Pengzhou 611930，China）

The Residue Desulfurization（RDS）unit of Sichuan petrochemical had 2 sets of centrifugal compressor，found that in single machine start-up，when speed is lower than the first-order critical speed，VIA8220 and VIA8221 vibration increase obviously. Through the analysis，it was found that compressor in the critical region and the first order critical speed is lower than 4369 RPM，so it is necessary to find out the true first-order critical value of the centrifugal compressor through experiment in order to make the centrifugal compressor quickly across the critical region to avoid vibration increase and the damage of equipment.

centrifugal compressor；vibration；the first-order critical speed

TH452

B

1006-2971（2015）01-0024-03

高松林（1983-），设备工程师，2005年毕业于新疆大学化学与化工学院过程装备与控制专业，现从事渣油加氢。

2014-09-15