石化行业压缩机振动异常的高频故障问题分析

邵永帅

（中国石油大庆石化公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

压缩机是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是石油化工生产装置中转动设备的主力核心，其“长、满、优”的稳定运行工况能确保石化装置正常生产。目前压缩机在工业生产中发挥着重要作用，直接决定了企业所使用的关键技术。生产装置需要让压缩机在日常工作中能发挥出最大的功效与潜力，并且避免出现任何运行问题，因此平稳长周期运行是一个企业能在激烈的竞争市场中存活和发展的重要前提。

1 压缩机振动异常的高频故障问题

1.1 机组喘振

压缩机运行中一个特殊现象就是喘振，大量事实证明压缩机的很多事故与喘振有关，因此防止喘振是压缩机运行管理的重点工作。喘振危害极大的原因是，发生喘振时气流会产生强烈的往复脉冲，来回冲击压缩机转子及其他部件，无规律的高烈度震荡会引起机组振动升高，引发较为严重的后果。

1.2 机组振动

当温度达到85 ℃以上时裂解气中不饱和烃开始结焦发生聚合反应，形成类似焦油的黏稠沉淀物，附着在压缩机内部零件上，引起转子的动平衡偏差，导致压缩机振动。

1.3 机封泄漏

石化生产装置中设备运行环境比较复杂，转动设备的机械密封及机泵选型至关重要，良性合理的结构设计会大幅增加设备运行的周期寿命，提高生产效率。机封泄漏的原因主要有4 个。

（1）振动异常或持续偏高。振动导致的机械密封动环不规律补偿，密封副之间存在非良性接触，从而引起的机封失效。

（2）冲洗不良。由于机封的自冲洗或外冲洗流程异常，引起密封副间缺少冲洗液的润滑、降温、冲洗，导致机械密封失效。

（3）介质聚合/结焦。介质侧的不可逆聚合反应，会引起机械密封、波纹管等弹性元件的补偿效果减弱或失效。

（4）机械密封或机泵选型设计缺陷。由设计缺陷或选型错误引起的泄漏故障也较为常见，需要进行科学评估改型，如腐蚀介质未选用屏蔽式、复杂性介质未选用双端面机封等。

1.4 盘车故障

转动设备在启机前需要进行必要的盘车操作，但偶然也会出现盘车异常等情况。盘车异常的原因主要有4 种。

（1）机械问题。轴承存在损伤或剐蹭现象，盘车存在卡点。

（2）温变问题。转子局部受热不均，或动静间隙膨胀不均、导致盘车卡涩。

（3）介质凝堵。由于介质侧流通不畅或聚合严重，导致叶轮无法转动。

（4）转子挠度。转子静置时间过长，导致下垂挠度过大，也会引起盘车故障。

1.5 温度异常

设备运行中引起机体或电机温度异常情况有以下5 种。

（1）润滑异常。轴承的润滑异常，如缺少润滑会导致轴承出现干磨等初期问题，进而引起轴承发热。

（2）环境温度。厂房内部空气流通不畅，尤其在夏季（或介质侧散热量较大），引起环境温度偏高，容易引发电机绕组等部位出现超温情况。

（3）电机内置风道或风扇积灰。风道或风扇的逐渐积灰，会引起电机内部的热量无法被快速带出，造成电机的轴承温度和绕组度持续升高。

（4）过量加注润滑脂。这会使摩擦力矩增大，出现明显温升，当轴承箱内剩余空间不足时这些热量无法有效消散，进而导致轴承温度异常。而持续高温又会快速油脂氧化及油液析出（即油液从稠化剂中分离的速度），最后油脂会变稠、局部变质为坚硬的堆积物，会加速滚动元件的磨损、导致机件失效。

（5）轴承箱本体缺少冷却流程。一些机泵在设计制作时，轴承箱未选用安装冷却盘管，导致转动设备在运行时容易引起轴承箱体温度偏高。

1.6 流量异常

转动设备在日常运行时会出现流量偏离问题，经大量经验分析后认为3 个主要诱因为：

（1）管路流程异常。出口或入口线出现不畅迹象，离心泵无法有效做功，表现为电流超高或过低。

（2）机泵抽空。由于介质温度过高或组分过轻，经过叶轮做功后介质汽化引起的流量异常（汽蚀），或者由于管线流程、工艺操作原因，导致液态介质带气，影响机泵正常做功（气缚）。

（3）机械问题。叶轮与泵体间隙过大，降低了机泵的扬程和效率。往复泵的单向阀小球卡涩、密封失效、隔膜破裂、传动机构失效等，同样也会引起转动设备的输出流量异常。

2 压缩机振动异常高频故障的预防措施

2.1 机组喘振

在机组运行时，喘振迹象一般率先表现为流量大幅下降，机组排出量明显降低，出口压力波动，同时机组产生强烈振动并伴有间断低沉的“吼声”[1]。机组喘振也可以通过仪表运行参数配合性能曲线进行判断，机组喘振发生的条件为：①流量过小，即流量降到该转速下的喘振流量；②管网系统内的气体压力大于一定转速下机组可输出的最高压力。

为避免和预防喘振，应做好以下4 项工作：①根据压缩机性能曲线，控制防喘裕度；②在升压和变速过程中强调“升压必先升速，降速必先降压”的原则；③确保压缩机的入口气体流量；④防喘阀门开启和关闭须缓慢操作。

2.2 机组振动

为防止级间结焦，机组运行过程中会设置注油系统、注剂系统和注水系统。

（1）注油是通过将洗油的液滴分散在介质气体中，在流道表面形成一层保护膜，减小其聚合物的粘附作用[2]。

（2）注剂是在压缩机各段吸入管线上注入的阻聚剂和分散剂，通过阻聚剂的抑制结焦和分散剂的焦层剥离作用，减少管线和机组内部的结焦情况。

（3）注水是在机组的回流弯道上加注，以降低排出温度、弱化不饱和烃的结焦情况。

为了保证机组的长周期运行，就要保证注油、注剂及注水系统的畅通，同时要动态调整注入量。

2.3 机封泄漏

保证机泵优良稳定的运行工况、有效的密封冲洗和科学合理的设计选型，可以彻底解决机封泄漏问题。这里重点介绍机封泄漏后是否仍支持连续运转的情况：单端面机封，短时间应急情况下可保证持续运转，因为冲洗油仍可以持续注入，确保密封副处的降温与润滑，但泄漏会导致现场出现污染；双端面机封，当密封油罐的密封油液位快速泄漏降低时应尽快停泵检修，因为此时密封副已无有效的润滑和降温作用，转子快速转动最终会引起该密封副的干磨、噪声、发热、黏连抱轴甚至引起火灾等。

2.4 盘车故障

预防此类问题的主要方法就是要制定良性的备泵盘车频次，保证轴承充分润滑。遇到盘车不畅的情况时，严禁盲目启机或点试。

某些高温高压泵泵体中设有暖泵线，暖泵线的作用有两个，一是防止温变量过大对于冷态下泵部件的损伤（如机械密封、轴等）；二是通过介质预热保证泵侧各部件动静间隙膨胀均匀，防止过度摩擦，避免转子局部受热膨胀不均匀。因此，要确保其暖泵线始终畅通。当暖泵线异常停用时，其备泵的盘车情况会出现明显的卡点、卡涩情况，甚至无法有效盘车。这时应在第一时间恢复投用暖泵线，并盘车至卡点后，严禁额外增加力矩。静置一段时间待泵体内温度逐渐升高后，卡点会自然消失，此后再进行后续盘车操作。如果盲目试运，严重时会引起抱轴故障导致停机。

2.5 温度异常

预防此类问题的主要方法就是注重巡检质量，定期、定量更换润滑脂/油，排查风扇罩是否积灰、积霜雪等情况，同时做好高温天气时的机泵房门窗的通风降温以及高温介质管线的隔热措施。对于缺少冷却流程的轴承箱，应结合设计条件尽量补充冷却线，充分利用物理降温。

润滑脂的注入量控制方面需要注意：注脂应设立固定频率，通过计算轴承及轴承腔的尺寸来确定每一次润滑补充所需的脂量；要校准在用的注脂枪；应每隔几秒钟缓慢地将油脂注入轴承，过快的注脂动作不仅会使轴承密封受损，也不能使润滑脂均匀地被分布到整个轴承中。

2.6 流量异常

可以结合电机电流和出口压力，快速分析并找到引起流量异常的原因。

（1）如果入口管线受阻（如入口过滤器网不畅），则表现为电机电流偏低、出口压力表低于正常压力、出口调节阀开度过大等。

（2）如果出口管线流通受阻，则会出现机泵振值异常、“憋泵”迹象，出口压力异常波动或升高。

（3）如果电流和出口压力同时波动，液态介质可能存在带气工况，需要进一步排查气源，对标工艺参数确认是否为介质问题（如轻组分增多、叶轮做功时气化等）。如果介质工况正常但仍出现气缚现象，可以检查机泵管线流程是否存在因气相阀门内漏或异常打开造成的介质带气、机泵抽空等。

3 采用先进的监测技术

先进的监测技术可以实现压缩机故障诊断技术的多元化、智能化，提高故障诊断的准确性，实现故障诊断的实时化，对于压缩机的科学维修有着重要作用。

3.1 在线监测系统

随着转动设备在线监测技术水平的不断提高，石化生产装置中的压缩机基本上安装有在线监测系统，实时监测压缩机各部件的运行状态。压缩机的在线监测主要是通过位移、压力、温度、振动等传感器进行信号传输，通过这些传感器来监测各个部件和压缩机的整个机组的运行状态，一旦出现异常信号，就可以对即将发生的故障进行预判，避免发生重大故障。

3.2 转动设备离线监测技术

通过应用转动设备离线监测系统，设备管理人员可在系统内查找每台压缩机在生产过程中位移、压力、温度、振动等参数自动形成的趋势曲线，方便及时掌控压缩机设备的运行状态，实现压缩机设备的动态维护、故障预判和良性干预。通过离线监测系统实现对故障的提前预知，可以采取有效的预防措施，避免恶性故障发生，确保压缩机设备的长周期稳定运行。

4 结束语

压缩机是石油化工生产装置中动设备的核心，压缩机稳定的运行工况是保障生产装置长周期运行的前提条伯，生产运行人员要认真学习压缩机的运行原理，提高维修技术和管理水平，能够预防性地解决压缩机可能存在的故障，在使用前要保障压缩机的安装精确度和检修质量，采用合理的检修方案，科学有效地解决压缩机的故障。在日常维护与管理过程中，要采用高科技的诊断技术，通过使用转动设备离线监测系统准确地判断与识别压缩机的各种故障问题，事前进行故障预判，及时准确地控制与调整离心压缩机的运行工况，提高压缩机的工作效率，是保障压缩机平稳安全运行的有效手段。