氮气压缩机轴瓦振动上涨原因分析及处理_桑贤伟.pdf

Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry2023 年 4 月第 46 卷第 2 期Apr.2023Vol.46 No.21概述呼伦贝尔金新化工有限公司富甲烷气提纯技术改造项目于 2019 年 11 月投产，液化天然气氮气压缩机组是液化天然气装置关键核心设备，氮气压缩机由一缸二段组成，压缩机、汽轮机安装在公用钢底座上，整个机组采用润滑联合油站供油，压缩机开车时间及运行参数变化如表 1 所示。表 1压缩机开车时间及运行参数名称位号设计值2019-102020-032020-052021-05主推瓦温 TISAO5261H：105HH：11598.074.176.085.7TISAO5262103.586.687.082.6副推瓦温 TISAO526388.953.353.153.8TISAO526491.857.156.256.5驱动端径向瓦温 TISAO526772.055.753.654.3TISAO526885.172.268.364.2非驱动端径向瓦温 TISAO526558.657.558.758.3TISAO526659.155.756.454.8轴位移 mmXIA05261H：0.250HH：0.5000.2120.2240.2370.284XIA052620.1890.2020.2130.258进气侧轴振值 mVIA05261H：63.5HH：88.99.014.117.528.0VIA052628.310.915.429.3排气侧轴振值 mVIA052635.410.311.816.4VIA0526410.424.831.740.4从驱动端看压缩机，机组呈顺时针旋转1。自机组投用以来，启、停车比较频繁，压缩机驱动端和非驱动端的 4 个振动监测点随开车次数的增加，均有所上涨，其中压缩机排气侧轴振动自初始开车振值 8 m 上涨至 40.4 m，压缩机轴位移随开车次数逐年递增，从 0.212 mm 上涨至 0.284 mm，压缩机停氮气压缩机轴瓦振动上涨原因分析及处理桑贤伟（呼伦贝尔金新化工有限公司，内蒙古呼伦贝尔 021506）摘要：针对液化天然气氮气压缩机轴瓦振动上涨现象，进行各方面因素排查，确认在压缩机停机过程中，出口放空管线较细，放空不及时，造成压缩机转子受气流扰动失稳，引起轴瓦磨损。通过实施相应的处理措施，彻底解决了氮气压缩机轴瓦振动上涨问题，保障了机组的稳定运行。关键词：氮气压缩机轴瓦振动放空气流扰动收稿日期：2022-06-09；收到修改稿日期：2023-01-10。作者简介：桑贤伟，男，1990 年 5 月出生，本科学历，工程师，2014年毕业于黑龙江科技大学机械电子工程专业，现在呼伦贝尔金新化工有限公司设备管理中心从事全厂转动设备技术管理工作。联系电话：15149011351；E-mail：。机过程中，主推力轴承瓦温增高，轴位移变化较大，压缩机测点参数突变大，给机组稳定运行带来极大隐患。2压缩机概况压缩机主要参数如表 2 所示。表 2压缩机主要参数项目一段参数二段参数型号2MCL405叶轮数量 个32介质氮气正常入口分子量28.01328.013正常入口温度 24.229.9正常入口压力（绝压）MPa0.5981.625正常出口温度 140.58110.57正常出口压力（绝压）MPa1.6414.70压比3.153.00正常入口质量流量 （kgh-1）66 28166 281正常入口体积流量 （m3h-1）9 3574 107正常转速 （rmin-1）12 048最大连续转速 （rmin-1）13 042多方功效率，%84.283.2轴功率 kW3 9003 900第一临界转速 （rmin-1）5 606缸体最大工作温度 143.07转向（自汽轮机方向看）顺时针111第 2 期桑贤伟.氮气压缩机轴瓦振动上涨原因分析及处理液化天然气氮气压缩机型号为 2MCL405，是一种多级离心压缩机，机壳为水平剖分式。压缩机主要由定子（机壳、隔板、密封、平衡盘密封）、转子（主轴、叶轮、隔套、平衡盘、轴套、半联轴器等）及支撑轴承、推力轴承、轴端密封等组成。压缩机径向轴承为五油楔可倾瓦结构，瓦块为“下三上二”布局，轴承采用强制润滑，润滑油型号为昆仑 L-TSA46，该形式径向轴承瓦块能随着转速、载荷及轴承温度的不同而自由摆动。工作状态下，强制润滑将油带入轴与瓦块之间，在轴颈和轴瓦之间形成多个进油口大、出油口小的圆弧形楔状油膜，建立起油膜压力以承受载荷，且各个油膜压力总是指向中心。当负荷发生变化时，瓦块角度随之变化，形成与工况匹配的油膜楔形和刚度，从而达到最好的支撑效果。3振动上涨原因分析压缩机轴瓦振动的因素较多，如探头装配松动、轴瓦接触不良、轴系对中差、油膜涡动、气流激振、动静摩擦、转子动平衡不好及工况波动等2。根据压缩机检修经验，不断排除因素，缩小检查范围，最后将分析重心集中到以下方面，并逐一排查。3.1润滑油品质油质酸性增大，机械杂质增多，对密封的腐蚀很大，造成密封或轴磨损，表面光滑度降低，会导致振动增大3。对 2020 年 1 月 2021 年 7 月氮气压缩机组润滑油月度检验报表进行抽查，润滑油的黏度、闪点、酸碱值、水分和机械杂质并未发现异常，如表 3所示。因此排除润滑油品质的因素。表 3氮气压缩机组润滑油月度检测日期运动黏度 （mm2s-1）闪点 酸碱值 （mgg-1）水分，%机械杂质，%2020-05-1042.12250.08无无2020-08-1541.52270.08无无2021-03-0541.92280.10无无2021-07-0342.22250.09无无3.2轴瓦本身的问题3.2.1间隙超差通过本次大修检查，压缩机非驱动端轴瓦间隙为 0.20 mm，超设计值上限 0.077 mm，其余轴瓦数据均符合设计要求，因此非驱动端轴瓦间隙是引起压缩机振动上涨的原因之一，压缩机轴瓦参数如表 4所示。表 4压缩机轴瓦参数 mm项目拆卸值回装值设计值驱动端瓦背紧力-0.020-0.0400-0.020轴瓦间隙0.1300.1100.1040.133非驱动端瓦背紧力-0.040-0.0400-0.020轴瓦间隙0.2000.1200.1040.133推力间隙0.3200.3300.2500.3503.2.2瓦块缺陷经检修拆卸检查，轴承可倾瓦块活动灵活，红丹接触检测，轴与瓦的接触、瓦枕与轴承座的接触、轴承座与下缸体接触均良好，压缩机轴瓦瓦块及主、副推瓦块出现不同程度磨损痕迹，瓦块磨损数据如表 5所示。瓦块磨损是导致轴瓦间隙超差的原因之一。表 5压缩机瓦块磨损数据mm位置上下新瓦块厚度备注驱动端24.9524.9425.05超差24.9524.80超差空24.89超差非驱动端24.8624.92超差24.8624.94超差空24.92超差主、副推力20.0220.0420.05合格3.2.3轴径缺陷经拆卸检查，压缩机轴径、推力盘出现不同程度磨损，轴径及推力盘表面有较深的磨痕，但整体轴径磨损量较小，轴径及推力盘需要打磨抛光处理后进行使用，轴径及推力盘磨损数据如表 6 所示。由此可见轴径的磨损也是导致轴瓦间隙超差的原因之一。表 6轴径、推力盘磨损数据 mm项目拆卸值回装值设计值驱动端轴径79.9779.9580.00非驱动端轴径79.9979.9880.00推力盘厚度24.9324.9225.003.3对中不良转子对中不良引起的振动多表现在联轴器附近的两个轴承上4。根据近两年的运行数据，只有压缩机四点振动在随开车逐次上涨，汽轮机振值未发生上涨现象。以 2021 年 7 月检修前的冷态对中数据进行分析和计算，画出机组汽轮机 压缩机实测轴系冷态对中数据，找正要求为开口允许最大误差0.02 mm，外圈允许最大误差 0.03 mm，氮气压缩机水平方向冷态对中如图 1 所示。1122023 年第 46 卷图 1氮气压缩机水平方向冷态对中根据作图，有：式中：实测压缩机下张口，取-0.04 mm；d 联轴器找正轮盘直径，取 320 mm；x 压缩机前猫爪水平方向需要移动的距离，mm；e 实测冷态水平中心偏移量，取 0.18 mm；L1 前猫爪至联轴器端的距离，取 400 mm；L 汽轮机 压缩机轴间距，取 646.85 mm；y 压缩机后猫爪水平方向需要移动的距离，mm；L2 压缩机前、后猫爪的距离，取 1 150 mm。将数据带入，得：x 0.05 mm，y -0.09 mm。即水平方向上，实际冷态与设计冷态相比，压缩机前脚偏北 0.04 mm，后脚偏南 0.09 mm，排除对中不良引起的压缩机振动上涨原因。3.4油膜涡动和振荡油膜涡动和振荡多发于设备运行过程中的突发状况5，由于该压缩机振动上涨发生在每次开车后，振动上涨到一定值后稳定运行，轴温未发生明显变化，因此可排除油膜问题引起的振动。3.5动、静部件摩擦及转子跳动62021 年 7 月揭盖大修中，检查动、静部位配合间隙，及转子跳动情况，未发现异常及超差情况，因此可排除动、静部件摩擦及转子跳动引起的振动。3.6工艺流程及工况波动调取压缩机运行数据发现每次停车过程中，压缩机轴位移及推力瓦温跟随一段入口压力、防踹振阀开度上涨，停车过程中，轴位移从 0.04 mm 瞬间上涨至 0.32 mm，主推力瓦温瞬间上涨，涨幅较大，15 min 后转速降低，轴位移及主轴瓦温降低，压缩机入口高压力持续近 60 min 才降低，说明机组泄压较为缓慢，导致机组转子受力较大，可能会对压缩机组轴瓦造成一定损伤。经过排查压缩机出口无放空管线，只在压缩机缸体下方有一根 DN15 mm 的放空管，压缩机放空不及时，转子受气流扰动失稳，导致轴瓦损伤，因此压缩机停车过程中介质放空不及时是导致压缩机轴瓦慢性损伤的主要原因。综合以上各方面因素的分析，可以推论：引起液化天然气氮气压缩机轴瓦振动高的主要原因为轴瓦、轴径磨损，轴瓦间隙超差7；引起液化天然气氮气压缩机轴瓦振动随机组每次开车上涨的主要原因为压缩机停机过程中介质气放空不及时，转子受较大的轴向力，导致压缩机轴瓦、轴径、推力盘、推力轴承出现慢性损伤8，每一次损伤造成压缩机下一次运行过程中振动上涨一次，直至轴承损伤严重后振动达到跳车值，设备无法运行。4解决措施1）更换磨损的轴瓦，修复压缩机转子轴径，使轴承装配间隙达到设计要求。氮气压缩机驱动端轴径打磨至 79.96 mm，油封处打磨至 79.95 mm，目前轴径处无高点，非驱动端轴径打磨至 79.98 mm，表面打磨无高点。2）在压缩机出口管路上新增 DN80 mm 放空管线，如图 2 所示，优化工艺流程，停机过程中通过防喘振阀调整放空阀开度，使压缩机正常放空停机。图 2新增 DN80 mm 放空管线措施实施后氮气压缩机组在 2021 年 8 月 9 日和 11 月 23 日两次开车过程中，压缩机振值未出现上涨，压缩机 4 个振动点对比均有所下降，排气侧轴振动比检修前下降 30 m 以上，且停机过程中再未出现压缩机轴位移增大情况，问题得到解决。参考文献1沈阳鼓风机（集团）有限公司.氮气压缩机组随机资料 Z.2019.2尚恩清，董友.离心压缩机的振动分析及解决措施 J.风机技113第 2 期桑贤伟.氮气压缩机轴瓦振动上涨原因分析及处理术，2011，53（4）：69-71.3苏军生.化工机械维修 M.北京：化学工业出版社，2010：118.4杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用 M.北京：中国电力出版社，2008：68-74.5姜培正.过程流体机械 M.北京：化学工业出版社，2011：114-120.6王书敏，何可禹.离心式压缩机技术问答 M.北京：中国石化出版社，2005：32.7赵国利，齐俊梅，任涛.状态检测技术在 BCL506 离心压缩机故障诊断上的应用 J.风机技术，2011，53（4）：80-82.8成大先.机械设计手册 M.第 5 版.北京：化学工业出版社，2014：119-122.ANALYSIS ON LARGE VIBRATION OF BEAR