大型空分压缩机振动故障分析诊断及处理措施

大型空分压缩机振动故障分析诊断及处理措施

杨延鸿

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司-内蒙古锡林郭勒盟-027300

摘要：大型内压缩流程空分装置，为达到合理地组织热交换系统的目的，均设置增压机。这样可以将高压液体的低温冷量尽可能转换成同等质量的高压空气的低温冷量，并尽可能地减少不可逆损失，既降低装置的能耗，又提高了装置提取率。空分装置就是将空气中不同的气体进行分离，在企业中承担着为其他装置供氧、供氮的重要任务，也是保证其他装置长期稳定运行的重要基础。空压机的工作效率会直接影响整个装置的工作效率，为此必须要深入研究空压机产生振动及故障的原因，并在日常维护中做好相关预防措施。

关键词：空分装置；空压机；振动；故障诊断

空分装置是炼化企业的重要装置，为下游装置提供合格的氧气、氮气及其他相关气体的任务，是保证下游装置长周期平稳运行的基础。而空压机做为空分装置的核心设备，对其进行状态监测和故障诊断，确保其正常运行显得至关重要。

空分装置为企业的主要装置，空压机又是空分装置主要设备，空压机长期稳定运行，才能确保空分装置为其它工艺系统装置提供氧气和氮气。而振动是压缩机的常见故障，振动过大会影响压缩机的可靠运行，给生产造成很大的损失。因此，保证压缩机的安全可靠运行，对提高生产效率及经济效益有重要的意义。

一、空分装置空压机振动产生的原因

某厂58000 m3 /h 空分装置建成投产，氧气产量为10 000 m3 /h，氮气产量为20 000 m3 /h，空分设备采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、膨胀空气进上塔和全精馏无氢制氩外压缩流程，仪控系统采用 DCS 控制系统。为了解决振动问题，相关人员对放空管道内部流体的实际情况进行了全面的分析

1、原因分析

(1) 仪表监测数据不准。空压机轴振动值测量是将电涡流传感器探头检测的信号，通过现场前置放大器转换成电流信号送至 DCS 系统。从空压机主轴振动值变化的状态趋势判断，空压机三级垂直 V 向振动值的变化较大，而三级水平 H 向振动值变化相对较小，因此考虑仪表在线监测系统可能存在问题，如传感器、前置放大器损坏或者在测量过程中受到了某种干扰。

(2) 轴承损坏或润滑油指标发生变化。轴承为支承转动部分的质量和承受在运行中轴向力和径向力的部件，一旦损坏或其本身有质量问题，那么在空压机正常运转时，就会引起转子振动增大，并伴随异常响声和发热。润滑油在维持压缩机稳定运行中至关重要，主要起到润滑、支撑、冷却、减磨、清洗等作用。如果润滑油参数指标( 如温度、压力、黏度、水分、杂质等) 发生改变，将导致润滑油膜刚性降低，无法在轴承中建立良好的油膜，造成转子振动加剧。

(3) 转子动平衡遭到破坏。造成转子不平衡的原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐变性不平衡和突发性不平衡这几种状况。原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。渐变性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀堆积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成。其表现为振动值随运行时间的延长而逐渐增大。突发性不平衡是由于转子上零件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振动值突然增大后稳定在一定水平上。

2、故障诊断

(1) 在线排除监测数据问题。由于保产工作的需要，暂时不能对空压机进行解体检修，因此对仪控测量可能存在的问题进行在线排除。利用频谱分析仪 CF － 7200 对空压机进行现场离线测振，并将在线监测振动数据与现场 DCS 控制，可以排除仪表监测系统存在问题。

(2) 检查轴瓦并进行润滑油质量化验。通过 DCS 相关参数变化趋势分析判断空压机轴承情况。如轴承损坏、轴瓦发生磨损或轴瓦间隙过大引起轴振增高，滑动轴承的瓦块温度会有明显的升高或降低。在 DCS 中调取轴瓦温度变化曲线如图所示。

发现曲线变化趋势平稳，均在正常工作范围内，排除轴承故障的情况。分析该压缩机组使用的润滑油防锈汽轮机油，确认此油品各项参数如运动黏度、闪点、倾点、水分含量、机械杂质、酸值、破乳化值均检验合格，可排除润滑油质量出现问题情况。

（3）检查空压机吸入滤筒，分析振动趋势空压机出厂时质量技术文件齐全，并附有转子动平衡试验合格报告，且上次大修后试车运行良好，空压机各部参数均正常，可以排除转子原始不平衡问题。但在对空压机吸入滤室检查发现，吸入滤筒表面布满了大量的灰尘 ，降低了过滤能力，严重影响了空气的吸入质量。于是对空压机吸入滤筒全部在线更换，更换后振值变化相对平稳，没有继续呈上涨趋势。根据现场过滤情况以及空压机振值变化趋势分析，该机组三级叶轮表面附着物如积碳、结垢增多是导致主轴动平衡破坏，造成振动增大的主要原因。

二、空压机稳定运行建议

空压机是外压缩流程空分设备原料和能量的唯一来源，其运行稳定与否直接关系着空分设备能否正常运转。从空分设备空压机轴振动大的故障处理中，可以得到以下几点体会：

1、空压机吸入过滤器必须有较高的过滤效率，这样能减少大气中粉尘的带入量，避免在叶轮流道中造成积碳和结垢。对于目前广泛使用的自洁式过滤器，反吹气压力要控制在设计要求，过滤筒安装时要防止空气短路吸入，反吹程序及各部件应正常、灵活，过滤筒破损或使用期到了要及时更换。对于目前广泛使用的自洁式过滤器，反吹压力要控制在设计要求，反吹程序及各部件要正常、灵活。通过适当增加反吹频率，缩短滤筒更换周期，由原每年 1 次改为每季更换 1 次，有效保证吸入空气质量。

2、将冷却器壳体及各级间管道材质升级。目前该空压机组冷却器、吸入管道和中间管道采用碳钢材质，空压机长年累月运行，流动的压缩气体会将壳体与管道表面产生的铁锈带走并逐渐附着在叶轮表面，长时间运行破坏转子的动平衡。如果将其升级为不锈钢防锈材质，可有效避免叶轮结垢问题发生。

3、加强设备巡检，合理控制参数。增加对空压机的巡检频次，观察机组各部分运行参数并做好记录。对机组实行机械、电气、仪表、操作、管理“五位一体”联合巡检，重点检查机组油温、油压、振动、进出口压力及温度、主电机电流、空压机吸入阻力和流量，发生变化时及时做出调整。由于空压机振动是转子渐进不平衡引起，因此对油温比较敏感。应要严格控制机组油温，根据油温与振动关系曲线，暂定将油温控制在 38 ～ 41 ℃，超出此范围立即调整。

4、空压机配置的叶轮在线反冲洗装置要确保完好，严格按操作规程定期反冲洗，以利于叶轮流道中附着的积碳和污垢及时除掉，避免累积或突然脱落影响轴的动平衡，以提高空压机运行的稳定性和效能，减少动力消耗。同时反冲洗用水最好使用蒸馏水，不得使用普通的机组冷却水。

空压机是空分装置的关键设备，而空分装置为下游装置提供合格的氧气、氮气和其他相关气体，是保证下游装置的长周期运行的基础，所以空压机的正常运行显得至关重要。振动是空压机的常见故障，当振动过大时会影响空压机的可靠运行，给生产造成很大的损失，因此保证空压机的安全可靠运行，对提高生产效率及经济效益有重要的意义。分析了空分装置空压机的振动，并提出了空分装置空压机的故障处理建议，旨在提高空分装置整体运行的质量。

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