新氢压缩机主电机后端轴瓦振动问题分析与处理

潘强，蒋媛，胡建忠，吕剑超

（1.中国石油克拉玛依石化公司，新疆克拉玛依834000；2.中国石油乌鲁木齐石化公司，新疆乌鲁木齐831400）

新氢压缩机主电机后端轴瓦振动问题分析与处理

潘强1，蒋媛2，胡建忠1，吕剑超1

（1.中国石油克拉玛依石化公司，新疆克拉玛依834000；2.中国石油乌鲁木齐石化公司，新疆乌鲁木齐831400）

针对克拉玛依石化公司某加氢改质装置新氢压缩机主电机后端轴瓦振动的问题，从设备本身的机械性能和工艺运行工况两方面进行原因分析，最终通过现场实验，对比了8种不同工况下机组的运行参数和振动数据的变化规律后发现，通过合理分配机组各级间压缩比可有效地降低机组主电机后端轴瓦的振动，在此基础上，优化出机组运行的最佳工况，有效地解决了机组主电机后端轴瓦振动问题，为今后同类设备处理类似振动问题提供新的思考角度和方法。

新氢压缩机；主电机；振动；压缩比

1　引言

振动问题是炼油化工企业大型机组运行过程中常见的设备故障之一，引起振动的原因和机理较为复杂，大型设备出现振动异常时，如不及时发现处理，有可能造成机组损坏，装置紧急停工。对于正常运行中的大型机组，一旦振动问题出现后，判断原因较为困难，现场设备工程师大多数情况下是从设备本身的机械性能上去分析和查找原因。例如：检查设备地脚螺栓是否松动、设备对中是否良好、润滑油是否乳化变质、轴承是否磨损等［1］。本文针对克拉玛依石化公司某加氢装置新氢压缩机主电机后端轴瓦振动异常的问题，分别从设备本身的机械性能和工艺运行工况两方面进行了原因分析。首先对设备本身的机械性能进行了检查测试，在排除设备本身故障引起振动的原因后，进一步从优化工艺运行参数角度去思考，通过现场实验，对比了8种不同工况下机组的运行参数和振动数据的变化情况后，发现合理分配机组各级间压缩比，可有效地平衡压缩机曲轴和电机主轴上的惯性力，实现轴上载荷的合理分布，从而降低该机组主电机后端轴瓦水平振动的规律，在此实验的基础上，优选出机组运行的最佳工况方案，通过合理调整机组运行参数设定值，有效地解决了主电机后端轴瓦振动问题，为今后同类设备处理类似振动问题提供了新的思考角度和方法。

2　机组概况

克拉玛依石化公司某加氢改质装置于2012年4月正式投入运行，设有2台往复式新氢压缩机，运行条件是一开一备，新氢压缩机K-3101/A机负荷调节方式采用贺尔碧格公司的HydroCOM无级气量调节，做为装置运行的主力机，不但节能效果显著，而且调节手段灵活，可实现各级间压缩比的调整分配，K-3101/B机负荷调节方式采用“三返一”旁路调节［2］，两机组设计参数如下：

型号：D-34.66/19-132（J3D100E）；

结构形式：三列对置不平衡固定式水冷机组，三列三级压缩；

吸气压力：一级1.98 MPa、二级3.94 MPa、三级7.42 MPa；

排气量：34000 Nm3/h；

排气压力：一级4.06 MPa、二级7.65 MPa、三级13.20 MPa；

电机功率：3150 kW；

电机型号：TAW3150-20/2600W；

工作介质：氢气。

3　故障过程

2014年9月13日，克拉玛依石化公司某加氢改质装置新氢压缩机K-3101/A机主电机后端轴瓦振动异常，水平振动值6.5 mm/s，最大的位置可达9.0 mm/s以上，测试该机组主电机前端轴瓦水平振动为2.0 mm/s，再对比装置内另一台运行的循环氢压缩机主电机相同部位的振动数据均在2.0 mm/s以下。该机组主电机轴瓦由上、下2个半圆弧状瓦通过螺栓联接在一起，测振发现下半部轴瓦振动并不大，振动大的部位集中在上半部轴瓦上，而且上半部瓦越靠近顶部振动越大，顶部最大值达9.1 mm/s，底部为6.5 mm/s。

紧急停机后对该机组主电机后端轴瓦解体检查，检查内容为：测量轴瓦间隙、检查电机地脚螺栓是否松动、测试飞轮与联轴器联接螺栓预紧力、测试电机轴同心度、更换前、后端轴瓦润滑油、研磨修复下部轴瓦表面损伤。通过以上检查测试，除发现电机下半部轴瓦与主轴有轻微摩擦的损伤痕迹进行了研磨修复外，并无其它异常问题，显然电机下半部轴瓦与主轴有轻微摩擦的痕迹也并不是引起机组主电机后端轴瓦振动的原因，所以，因设备本身机械性能故障造成的振动可能性较小［3］。检查完毕后进行再次开机试运行，开机后该振动问题没有消除。

4　振动问题分析

4.1机组本体诊断分析过程

针对2014年9月13日新氢压缩机K-3101/A主电机后端轴瓦水平振动，通过测量轴瓦间隙、检查电机地脚螺栓是否松动、测试飞轮与联轴器联接螺栓预紧力、测试电机轴同心度、更换前、后端轴瓦润滑油、研磨修复下部轴瓦表面损伤等措施后，再次开机振动依然未消除这一问题，于2014年9月16日对该机组主电机和曲轴箱进行了一次全面的振动监测，以进一步分析可能引起振动的其它原因［4］。

设备结构与测点布置简图见图1；振动数据，见表1～2；频谱图见图2～3。

由表1振动数据可见，电机各测点振动值均高于上次（2014年9月10日），其中电机轴瓦后端水平方向测点（测点M-OB-H）振动值超过一级报警值。

分析设备历史运行工况，2013年8月6日电机后端轴瓦水平振动值突然增加，超过一级报警值，当时机组负荷为65%，当负荷升高时此测点振动有所下降（见表1），当时频谱图中的频率成分及各频率的幅值变化情况与此次相同（见表2）。

分析2次监测该测点的振动频谱图可知（见图2、图3），频谱图中主要频率成分为10Hz和150Hz，分别是转速频率的2X（2倍频）和30X（30倍频）。从表2可知，随着该测点振动通频值的增加（由3.0 mm/s升至6.4 mm/s），2X幅值变化不大，振动值的增加主要是由于150 Hz频率的幅值增加所致（见表2），此频率是转速频率的30倍，分析此频率可能是轴承结构的自振频率。

图1　压缩机结构及测点示意图

表1　设备本体各测点振动值（单位：mm/s）

表2　电机轴瓦后端水平测点M-OB-H振动通频值及频谱图中各频率幅值（振动值mm/s和频率Hz）

图2　测点M-OB-H振动频谱图（9月10日）

图3　测点M-OB-H振动频谱图（9月16日）

通过以上分析可知，此次电机后端轴瓦水平方向振动值的增加主要是由于150 Hz频率幅值的增加所致。以上分析中的150 Hz如果是轴承结构的自振频率，那么此频率幅值的增加，其原因是：一方面可能是与设备负荷，2013年8月负荷为65%曾引起此频率幅值的增加，当负荷增大时幅值下降，此次运行负荷已经达到机组正常负荷82%，查阅以往该负荷下的振动数据，均在优良范围，进一步排除该负荷下引起振动大的可能性；另一方面可能与运行参数设定有关，查阅历史运行参数，设备运行参数基本未改变，现唯一可以改变的参数是机组各级间的压缩比设定［5］。

4.2现场实验过程分析

实验过程简介：新氢压缩机K-3101/A正常运行时，通过改变二、三级间入口表压设定值来调整各级间的压缩比分配，初始工况二级入口表压设定值为3.6 MPa，三级入口表压设定值为6.9 MPa，此时测振数据作为初始状态值，之后依次将二级入口表压设定值逐渐递增，依次设定为3.7 MPa、3.8 MPa、3.9 MPa、3.95 MPa，三级入口表压设定值也逐渐递增，依次设定为7.0 MPa、7.1 MPa、7.2 MPa、7.3 MPa，二、三级设定参数的改变可以交替组合出8种不同的运行工况，对这8种不同工况依次测试电机前、后端轴瓦的振动、机组机身振动、气缸轴向振动数据作比对分析，期待从实验中找出振动的变化规律。

实验数据分析：由表3的实验数据可知，通过逐渐提高一级压缩比、逐渐减小二、三级压缩比后，机组机身振动略有上升，一、二、三级缸缸头轴向振动也有变化，但均在设备优良运行范围内，唯一变化较大的是电机后端轴瓦的水平振动，通过表3的振动实验数据分析已发现，通过调整二、三级入口设定压力来实现各级间压比的合理分配可以有效降低电机后端轴瓦水平振动的规律。为了便于更直观分析，本文筛选出表3中的几个关键参数——机身振动、电机后端轴瓦水平振动值、一级压力比、二级压力比、三级压力比的趋势变化单独绘入图4中进行对比分析。结合图4可以进一步看出，工况7：二级入口表压设定为3.9 MPa，三级入口表压设定为7.3 MPa，一级压比：2.103，二级压比：1.875，三级压比：1.797，电机后端水平振动可降至3.1 mm/s，已满足往复设备振动监测良好的标准，最终优选工况7作为目前运行工况，但是电机后端轴瓦水平振动值减小后，相应的机组机身振动会略有增加，由正常的2.9 mm/s增至3.1 mm/s，但也控制在了良好的范围内。

表3　新氢压缩机K-3101/A不同工况下的振动实验测量数据

图4　新氢压缩机K-3101/A主电机后轴瓦不同工况下的振动趋势图

实验结论：由以上实验数据分析可知，机组主电机后端轴瓦水平振动不是由设备本身机械性能故障引起的，再次证明了先前结论分析的正确性，通过调整机组各级间压缩比的合理分配可有效降低该振动值，说明此振动与电机轴和曲轴上（连为一体）的载荷力分布有关，随着各级间压缩比的改变，整个轴上的惯性载荷力发生改变，从而使轴上的振动分布也发生改变和转移。

5　结语

（1）通过优化机组运行工况，合理分配各级间压缩比，可有效地平衡压缩机曲轴和电机主轴上的惯性力，实现轴上载荷的合理分布，有效降低该机组主电机后端轴瓦的振动。

（2）为解决振动问题提供了新的思考角度和方法。振动故障需要具体问题具体分析，大型机组振动的原因和机理较为复杂，仅仅从设备本身机械性能上去找原因是不够的，有时会陷入瓶颈，而换一种思考问题的角度和方法，往往会取得事半功倍的效果。

（3）解决设备振动问题，尤其是大型设备的振动，需要从设备本身和工艺运行等多角度去分析，只有抓住了故障的主因，问题才会迎刃而解。

［1］莫才颂.乙烯空分装置C001A轴振动原因分析［J］.压缩机技术，2013，239（3）：53-55.

［2］潘强.氢气压缩机振动的原因分析及减振措施［J］.压缩机技术，2013，242（6）：57-60.

［3］Qin Hongbo.Compressed Air System Performance Measurement and Analysis Method Study［A］.The 5th International Conference on Compressor and Refrigeration［C］.Xi An：Xi an Jiaotong University，2005：30-35.

［4］郁永章.中、大型往复压缩机系统中的管道振动与消除［J］.压缩机技术，2013，240（4）：46-48.

［5］Dai Yande.Energy Efficiency and Market Potential of Electric Motor System in China［M］.Beijing：China Machine Pressure，2001：101-110.

Analysis and Treating of New Hydrogen Compressor Main Motor Rear Bush Vibration Problem

PAN Qiang1，JIANG Yuan2，HU Jian-zhong1，LYU Jian-chao1
（1.PetroChina Karamay Petrochemical Company，Karamay 834000，China；2.PetroChina Urumqi Petrochemical Company，Urumqi 831400，China）

According to the problem of main motor rear bearing vibration occurred in a hydrogenation upgrading device of new hydrogen compressor for Karamay Petrochemical Corporation，the paper analyzed the reasons from two aspects of mechanical and process operation conditions of the equipment itself，finally it is through the field experiments.It is found that the rational allocation unit at all levels between the compression ratio can effectively reduce the vibration unit main motor rear bearing vibration based on comparing the varying rules of operation parameters and vibration data under 8 different conditions of unit.On the basis above，the best condition of unit operation is optimized，which effectively solves the problem of main motor rear bearing unit vibration，and provides a new thinking and method for treating similar vibration problem for similar equipment.

hydrogen compressor；main motor；vibration；compression ratio

TH45

B

1006-2971（2015）05-0057-05

潘强（1982-），男，四川内江人，工程师，硕士，在中国石油克拉玛依石化公司从事设备技术管理工作，已在国家核心期刊和论文交流会议上发表论文10余篇。E-mail：panqiang@petrochina.com.cn

2015-04-09