聚丙烯装置循环气压缩机振值波动分析

2017-07-10魏志刚胡显驰姜林龙丹于彤宋艳会

当代化工 2017年7期

关键词：动平衡聚丙烯换热器

魏志刚　胡显驰　姜林　龙丹　于彤　宋艳会

摘要：描述了聚丙烯装置循环气压缩机振值波动的频谱特征，并对振值波动的原因进行了分析，制定了针对性的检修措施，将压缩机振值波动的问题消除。

关键词：振值波动；动不平衡；频谱分析

中图分类号：TQ 325 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1430-03

Analysis on the Vibration Value Fluctuation of Recycle

Gas Compressor in Polypropylene Unit

WEI Zhi-gang， HU Xian-chi， JIANG Lin， LONG Dan， YU Tong， SONG Yan-hui

（PetroChina Fushun Petrochemical Company，Liaoning Fushun113008，China）

Abstract： The spectrum features of the vibration value fluctuation of recycle gas compressor in polypropylene unit were described. And the cause of the vibration value fluctuation was analyzed； the corresponding repair measure was carried out to eliminate the problem of vibration value fluctuation of the compressor.

Key words： Vibration value fluctuation；Scanning electron microscopy；Spectrum analysis

某化工廠聚丙烯装置采用的是美国陶氏化学公司（The Dow Chemical CoMPany）Unipol聚丙烯工艺，以丙烯为主要原料，生产能力以7 000 h/a的操作时间进行计算，年产30万t聚丙烯本色粒状树脂产品。

该装置的反应系统由第一反应器（C-4001）、第一循环冷却器（E-4002）、第一循环气压缩机组成（K-4003）。气相反应物（丙烯、氢气、乙烯）及惰性组分通过循环气压缩机，经含有催化剂的反应器流化床层连续循环。聚合反应产生的热量通过反应气带走，并在外部的水冷式循环气冷却器中释放掉（见图1）。

其中的循环气压缩机在2017年2月10开始出现振值波动，后来经过分析、拆检冷却器将问题消除。

1 压缩机基本概况

循环气压缩机是单级、恒速、离心式压缩机，位号是K-4003，日本神户制钢所制造，型号为DH9M。额定流量32 700 m3/h，进口压力3.47 MPa，出口压力3.58 MPa，工作转速987 r/min，额定功率1550 kW。

该机组自2010年10月20日运入现场，2012年9月20日完成试运转，2012年10月31日投入正式使用。该压缩机循环气通过入口导叶调节流量，采用二级串联干气密封，强制润滑，并有高位油罐和润滑油缓冲罐等应急润滑保护装置。聚丙烯循环气压缩自带一个应急透平装置，可在断电或紧急停车的情况下启动，达到保护反应和压缩机的作用。

2 压缩机振值波动特征分析

自2月10日起机组振值（非联轴端）出现波动，增大入口导叶开度时，机组振值波动有恶化趋势；2月28日起机组振值波动出现频繁迹象，3月3日机组振值波动更加频繁，3月5日波动极其频繁，且状态监测显示最大值达到72.43 μm（报警60 μm，联锁80 μm）。

根据机组状态监测系统显示（见下图2、图3），机组的振值波动主要是在工频下产生，随着振值波动的持续，后期出现工频夹杂1.7倍频现象；机组的轴心轨迹为反进动。按照状态监测频谱分析，机组出现振值波动的原因是转子在运行中的动平衡遭到破坏，且随着时间推移，出现了不对中迹象（1.7倍频与2倍频接近）[1-4]；轴心轨迹反进动，说明机组转子存在动、静碰磨现象，动、静部件碰磨时，转子受到一个冲击力，冲击力产生的扭矩与转子的运动方向相反[5]；没有0.5倍频，说明没有喘振和油膜振荡，若存在喘振或油膜振荡，转子振值波动的主频率应该在0.5倍频附近。

但从机组的整体运行状态看，最初的振动存在可自愈性，可以判定的是：机组本身没有机械故障。

3 循环气系统检修措施

根据机组的频谱分析，我们初步怀疑引起工频下振值波动的原因主要：①转子叶轮或入口导叶有结胶树脂，破坏了转子运行中的动平衡；②循环气管路不畅，气流中存在涡动，破坏了转子运行中的动平衡。

经过最终研究，为了保证生产平衡，最终决定的处理方案是：对机组重新找正；先检查压缩机入口导叶和入口管路上的格栅板；若入口无问题，再检查出口换热器；管路系统若无问题，再对机组进行拆检。

3.1 检查入口系统

3月7日22：10分打开了机组入口短节，以检查入口导叶和入口管路上的格栅板。经过检查发现入口导叶和格栅板都没有大量树脂结胶，也没有块状树脂；通过内窥镜检查，转子叶轮也没有明显的结交树脂。见图4、图5。

3.2 机组重新找正

经过测量，压缩机与电机对中超差严重，垂直方向达到1.68 mm（标准值要求不大于0.33 mm），说明为期将近1个月的振值波动确实导致机组出现了不对中现象，也就是1.7倍频产生的原因。对机组进行重新找正，使机组与电机对中在标准范围内，见图6。

3.3 清理出口换热器

3月8日上午9：30左右，打开了出口换热器E-4002，发现换热器管束堵胶严重，见图7。换热器堵塞的主要原因应该是在循环水或循环气的温度、压力操作控制上有波动，或者说某一次开、停工过程中循环气中的粉料出现了聚合，随着时间的推移，聚合物越来越多。

3.4 机组开机投运

清理完换热器以后，装置就进入投料开工階段， 3月12日22：55分机组投入运行，投运至今机组运行良好，振值一直在13 μm左右，振值波动现象消除；但轴心轨迹仍然是反进动，说明迷宫密封处存在结胶树脂，仍然存在动、静碰磨现象，由于生产时间要求，只能待6月份大检修时处理。目前机组的运行状态监测见图8、图9。

4 压缩机振值波动原因分析

4.1 直接原因

根据状态监测频谱分析与实际拆检，压缩机出现振值波动的直接原因是：转子系在运行中的动平衡遭到破坏。

4.2 间接原因

换热器堵塞，流通面积变小，当流量增大，气体不能全部通过，叶轮出口压力增大，换热器与压缩机之间的管道形成储压空间，当其压力增大到M接近或等于1时，叶轮不再做功，气体倒流。

5 经验与教训

（1）本次可以准确判断出机组振值波动的原因是转子系动平衡遭到破坏，也准确判断了机组无机械故障，但并没有排查出可能导致转子系动平衡破坏的所有因素。

（2）由于最初不能确定换热器E-4002的压差表PDI_4002_2是否准确（当时该数值出现报警，但现场表增加了伴热以后数据显示正常），所以，最初不能确定换热器是否堵胶，也没有意识到该换热器竟然堵胶如此严重。

（3）鉴于上面第2条原因，以及生产工艺安排的停工时间紧迫，本次小修采取了排除法，先拆检了压缩机入口短节，在一定程度上耽误了聚丙烯装置本次小修的时间。

（4）今后要加强机组特护，充分综合工艺、设备、仪表各专业的分析，不遗漏任何可能导致机组异常的因素。

（5）今年检修期间对该压缩机拆检大修，清理迷宫密封，消除动、静碰磨。

（6）建议工艺专业认真分析换热器E-4002堵胶的原因。