二氧化碳压缩机高压缸轴振动高改造运行总结

毛自君,吕启鹏,俞吉祥

(青海盐湖工业股份有限公司化工分公司, 青海格尔木 816099)

青海盐湖工业股份有限公司化工分公司年产300 kt合成氨装置,以天然气部分氧化法生产乙炔的富产尾气为原料，采用低温脱硫、加氢转化、中低温变换和甲烷化、脱碳、变压吸附制氢、压缩、氨合成的工艺生产方法，其中从脱碳工序脱出的二氧化碳气体经二氧化碳压缩机压缩后送至尿素装置。二氧化碳压缩机汽轮机选用杭州汽轮机股份公司提供的凝气式汽轮机，型号为NK32/36/32，进汽为中压过热蒸汽，正常压力为3.45 MPa(绝压)，温度为410 ℃，流量为41 t/h，离心式压缩机型号为2M-3/4+2B-4/2。

1 高压缸轴振动高的经过

2014年9月二氧化碳压缩机从开车到正常运行，其高压缸非驱动端振动VT5204A、VT5204B，报警值为50 μm，跳车值为65 μm，在空负荷运行时VT5204A、VT5204B值在20 μm左右。给尿素送气加负荷时，在压缩机出口压力从10.0 MPa升至14.5 MPa的过程中，VT5204A、VT5204B值从20 μm左右缓慢升至45 μm左右，此种情况下机组能够稳定运行。运行3个月后，由于空分等上游装置故障造成二氧化碳压缩机紧急停车，再次开车时，当压缩机达到最低连续转速时，VT5204A、VT5204B突然升到跳车值以上发生跳车，经检修未发现轴瓦、密封及其他部件损坏，机组重新找正，做动平衡，所有参数均在技术指标范围内。再开车，当压缩机达到最低连续转速时，VT5204A、VT5204B还是会突然升至跳车值以上发生跳车。对高压缸进行返厂检修，检修后运行1～2个月，VT5204A、VT5204B值仍会升至跳车值以上。多次返厂检修后，振动值依然高，尿素装置频繁停车。

2 高压缸轴振动高的原因分析

引起轴振动高的原因较多，主要有机组找正精度被破坏、不对中，油膜振荡，油变质或不洁净，轴瓦不正常，气流激振及转子不平衡等。

2.1 机组找正精度被破坏、不对中

不对中引起的振动高与转子的负荷有关，振动值随负荷的增大而增大，位置低的轴承轴振幅比位置高的大，因为低位轴承被架空，油膜稳定性下降。平行不对中主要引起径向振动，角不对中主要引起轴向振动，不对中也可能使联轴器两侧产生相位差。从机组开停车、加减负荷，平时正常运行时振动频率方面分析，除高压缸非驱端VT5204A、VT5204B有波动外，其余轴系各振动值均无波动，所以排除机组找正精度被破坏、不对中是引起轴振动高的原因。

2.2 油膜振荡

油膜振荡是高速滑动轴承的一种特有故障，它是由油膜力产生的自激振动，转子发生油膜振荡时输入的能量很大，引起转子轴承系统零部件的损坏，甚至整个机组的毁坏。油膜振荡往往瞬时振幅突然升高，很快发生局部油膜破裂，引起轴颈与轴瓦间的摩擦，发声很大，严重时损坏轴承和转子。但以往因轴振动高停车，开盖检修时，其轴承及转子等零部件均完好无损，所以可以排除油膜振荡是引起轴振动高的原因。

2.3 油变质或不洁净

如果油中有污垢、机械杂质或油已变质，可能对密封、轴承造成腐蚀或磨损，使表面光滑度降低，从而使振动加大[1]。但是对油品进行取样分析，结果表明其机械杂质、灰分、水分酸值、黏度均在正常指标范围内。排除油变质或不洁净是引起轴振动高的原因。

2.4 轴瓦不正常

如轴瓦设计不合理，制造质量不达标，轴瓦面损坏，轴颈拉毛，装配间隙不合格，间隙过大或过小，轴承过盈量偏大或偏小，这些都会造成机组振动高，但每次检修时均选用合格的轴瓦，并将轴瓦的装配间隙，轴承体的过盈量数据均控制在指标范围内。所以轴瓦不正常可以排除。

2.5 气流激振

气流激振主要是因叶片受不均衡的气体流冲击发生气流激振，对于大型机组，由于末级叶轮较大，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱，也可能发生气流激振现象，发生激振时振动的增大受运行参数的影响非常明显[2]。然而二氧化碳压缩机四段出口气体在密封齿处形成漩涡，产生气流激振，从而造成轴振动高。

2.6 转子的不平衡

离心式压缩机的转子由于受到材质和加工装配技术等方面的影响，转子上的质量分布对轴心线呈不均匀分布，或认为转子的质量中心与旋转中心之间总是有偏心距存在。因此，转子在高速旋转时将产生周期性的离心力或(和)离心力矩，这种交变的离心力或离心力距在轴上产生动载荷，即引起压缩机的振动。转子不平衡的主要原因有设计问题、材料缺陷、加工与装配的误差、动平衡的方法有误等。经过多方面的排查及总结，对二氧化碳压缩机高压缸转子进行不平衡响应分析，发现该转子系统在运行转速范围内不满足AP1617标准的相关要求。不平衡响应分析曲线图[3]见图1～图4。

图1 工况一不平衡响应曲线图(最大间隙)

图2 工况一不平衡响应曲线图(最小间隙)

图3 工况二不平衡响应曲线图(最大间隙)

图4 工况二不平衡响应曲线图(最小间隙)

分析转子不平衡响应曲线图：工作转速为14 890 r/min,转速范围为11 167～15 729 r/min。从图1可以看出，当转速在7 667 r/min时，其相位达到最高，当在临界转速9 302 r/min时，其振幅达到最大，在该过程中轴振动高可能会造成轴瓦损坏，这些试验值不满足标准中的规定值。从图2可以看出，在临界转速10 008 r/min时，共振放大因子达到最大，此时转子横向振动对临界转速的敏感程度达到最大，但隔离裕度实际值10.4%小于要求值11.7%，满足标准中的规定值。图3为转子进行高转速的平衡试验，实际隔离裕度为48.9%,大于要求隔离裕度15.3%，其临界转速与实际转速的隔离裕度不满足标准中的规定值。

通过以上分析可得，二氧化碳高压缸轴振动高的原因是由气流激振、转子的不平衡所造成的，所以针对这两方面进行技术改造。

3 改造措施

改造靠近六级出口的平衡盘密封，以达到消除气流激振的目的。具体做法是将平衡盘梳齿密封改为蜂窝密封，将流道进行技术改造，平衡盘密封开孔，将干气密封更换为迷宫密封。平衡盘密封改造前、后比对见图5。

图5平衡盘密封改造前、后比对图

4 结语

经技术改造后，二氧化碳压缩机顺利开车，目前压缩机已连续运行4个月，运行过程中各项指标均在正常范围内，高压缸非驱动端振动VT5204A、VT5204B值均在22 μm以下。说明改造后的二氧化碳压缩机取得了良好的效果，保证了装置长周期稳定运行。