催化裂化高速离心增压机振动异常及处理分析.pdf

书书书故 障 分 析 年 期（总第 期）催化裂化高速离心增压机振动异常及处理分析谢才千（中海油气（泰州）石化有限公司，江苏 泰州 ）摘要：某催化裂化装置增压机在某次开机过程中，发生规律异响且振动超标的故障，利用状态监测手段结合频谱分析排查故障。发现机组振动过大且规律性异响原因为高速轴平衡鼓松动，使得振动规律性放大。将高速轴平衡鼓紧固后，并进行了高速动平衡，解决了增压机异响及振动大的问题。关键词：催化裂化；增压机；异响；振动；频谱中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：（），）：，：；机组简介催化裂化 是最复杂的炼油工艺过程之一。其核心动力设备为主风机组、增压机、富气压缩机，被称为催化核心 机。增压风机 是将主风机出口的空气提压后作为催化剂输送的动力风、流化风、提升风，以保持反再系统催化剂的正常循环，在催化裂化装置中扮演着至关重要的角色。某催化装置增压机 机组型号为 。增压机为悬臂式，电动机驱动增速箱低速轴，通过齿轮啮合带动高速轴，叶轮直接安装在高速轴输出端，联轴器为膜片式联轴器。电机轴承为滚动轴承，齿轮箱轴承均为滑动轴承，齿轮箱齿轮齿数未知。该装置有两台同型号增压机，一用一备。主要工艺参数如表 ，主要设备参数如表 。故障现象 年 月 日 机开机，启动润滑油泵，润滑油系统压力流量温度正常。关闭出口阀、入口开 ，全开防喘振阀。开机后，短时间内，设备出现间歇性的异响，伴随阵阵“吼叫”声，且在异故 障 分 析 年 期（总第 期）响的同时轴承部位振动大幅增加，随即紧急停车。现场设备人员初步判定该现象是风机喘振现象 。故障采集为了进一步验证这一现象，排除因喘振带来的干扰，决定拆除进口蝶阀，改为直通大气。出口流程改为放空，且出口蝶阀全开。从工艺上排除因入口流量过低以及排气管路堵塞可能造成的风机喘振。由于该机组没有安装在线监测系统，也临时在轴承部位加装振动传感器。数据采集方案本次测试只在齿轮箱两端安装了 个加速度探头，电机未测数据，测点位置如图 所示，使用 振动数据采集分析系统，方便连续采集振动数据，便于后期分析。采集系统参数设置如表 。数据采集 年 月 日再次开机。开启润滑油泵，启动增压机，增压机入口蝶阀由 的开度快速开到最大，此操作是防止因入口阀全开导致启动过载。开机后，电机振动正常（未采集数据），齿轮箱振动最高达到 ，增压机一直出现有规律的间歇性异常振动大幅振动，且伴随阵阵“吼叫”声。运行 后现场紧急停。在此过程中，系统完整的记录了机组齿轮箱振动数据。振动分析图 为 个测点速度的时域图谱，可以看到 表 主要工艺参数介质空气进口流量 进口温度 出口温度 进口压力 出口压力 表 主要设备参数低速轴额定转速（）高速轴一临界转速（）电机轴承型号 齿轮箱润滑方式强制润滑低速轴转速（）主轴转速（）齿轮箱轴承滑动轴承轴功率 电机功率 主轴转速（）个测点 速 度 值 同 步 变 化，振 动 速 度 值 最 高 到 左右，达到最高点之后随即又下落。振动高点的时间间隔约 不等，基本与开机过程中规律性的异响保持一致。从图谱中可以看出 个测点同步变化，趋势基本一致，因测点 的振幅相对较高，选中测点 ，约 个周期进行分析，截取波形如图 ：由于为离线采集数据，个采集点的时间间隔约 不等，单次采集时间间隔为 。现对 点、点、点振动波形进行时域及频域分析。点振动幅值约 ，频率主要以 的高速轴转频 倍频为主，并伴随多次谐波 ，如图、。其中 为低速轴转频。图 和图 为 点的时域和频域分析。点振动幅值约 ，频率主要以 的高速轴转图 测点布置图表 主要设备参数采样频率 分析频率 分析线数 频率分辨率 采集时间间隔 单次采集时间 图 个测点的振动速度波形图图 测点 两个周期振动波形图故 障 分 析 年 期（总第 期）频为主，并伴随多次谐波。对比 点，振动幅值有明显提高，并体现在高速轴转频 倍频的增加为主。图 、是 点振动的时域和频域图，点时域及频域特征与 点类似，说明振动可以复原。图 是测点 约 个振动周期的瀑布图，结合瀑布图上看，基本可以认为在每一个周期中，其振动增大主要由一倍频引起，且振动可以恢复。从多个周期来看，基本保持了振动的相似性。由于没有增加键相探头，对转子的相位变化不能进行测量，但从振动的相似的周期变化可以判断，相位与轴振值趋势应该为同步变化。从工艺流程上，增压机启动运行后，进出口管图 点时域图图 点频谱图图 点时域图图 点频谱图线直通大气，排除了入口流量低，出口管阻高导致的增压机喘振问题。结合频谱分析，频段上没有低频成分，可以认为间歇性异常大幅振动，且伴随阵阵“吼叫”声，不是喘振。以 倍频变化为主的不稳定的间歇性振动主要考虑以下故障类型碰摩 、转子不平衡 、联轴器的不对中 、松动 等。由于发生转子不平衡在时域上振动相对比较稳定，即使突发性增大后也会趋于稳定，排除转子不平衡故障。当发生联轴器不对中时，振动同样表现的相对稳定，且随着增压机机组负荷变化。机组启动，阀门开度正常后，机组负荷不会发生变化，如存在不对中等情形，振动应该是稳定的，因此基本可以排除联轴器的不对中引发的振动。综上所述，增压机的类规律性的振动应该为动静碰磨或部件松动导致，其相应的振动特征在频谱上能得到对应的表征。检修处理根据振动监测的初步分析结果，维修的重点在图 点时域图图 点频域图图 测点 两个周期瀑布图（下转第 页）使 用 维 修 年 期（总第 期）图 缸盖中心纵截面轴向位移分布（变形放大 倍）图 缸盖挤压变形示意图图 缸盖中心纵截面 应力分布 结论本文针对超高压隔膜压缩机的缸盖，利用 进行有限元分析，根据实际工艺和安装方式施加边界条件，进行稳态结构分析，计算得到了缸盖的变形量和应力。通过稳态结构分析，本文得到以下结论：（）缸盖平均 应力 ，屈服安全系数高于 ，因此缸盖强度满足设计要求。（）缸盖上表面产生最大的径向朝外变形，下表面产生最大的径向朝内变形。作用于缸盖上端面的螺栓预紧力和作用于缸盖下端面的轴向气体力、缸体支撑力对缸盖产生轴向朝内的挤压作用，因此缸盖上、下表面产生最大轴向变形。（）隔膜压缩机缸盖在螺栓 缸盖接触尖角区域和缸盖下端面凸起区域出现了应力集中现象，其 应力达到了 ，小于缸盖材料的屈服强度，满足设计要求。参考文献：凌文，刘玮，李育磊，等 中国氢能基础设施产业发展战略研究 中国工程科学，（）：郁永章 容积式压缩机技术手册 北京：机械工业出版社，：丛雨飞，王晓龙，张鹏飞，等 隔膜压缩机缸盖断裂原因分析与改进 科学与财富，（）：江民圣 基于入门与工程实践 北京：人民邮电出版社，李世芸，肖正明 弹性力学及有限元 北京：机械工业出版社，作者简介：白俊钢（），男，硕士，研究方向为隔膜压缩机的结构设计。：（上接第 页）于排查可能存在的碰磨和松动部位。检查气封与转子部位，发现没有动静组件碰磨的痕迹。检查四处径向轴瓦，没有任何异常。最终怀疑的方向转移到松动，对增压机的地脚螺栓进行力矩的复合，无异常。唯一可能发生松动的部件仅剩下高速轴的平衡鼓。因不了解高速轴平衡鼓的固定方式，将高速轴返回制造厂，对平衡鼓重新紧固，达到与高速轴径装配为过盈配合并作动平衡处理，恢复平衡。再次安装开机后，增压机振动恢复正常。振动值一直保持在 以下，且稳定。结语增压机平衡鼓的松动，在振动频谱上表现了明显的特征。在高转速下，由于松动同样会导致高速轴与平衡鼓相互碰磨。当摩擦生热后，在某一瞬间，相互贴合紧固，振动恢复。随后，又发生松动，振动增大，产生碰磨，如此往复。在振动上表现出以 倍频变化为主的间歇性的振动。（）状态监测对于设备的故障诊断具有重要意义，为设备的维修指明了方向，避免了盲拆过修。（）增压机出现类规律的异响，除喘振等由于工艺原因引起的故障外，也可能由于设备的安装质量，部件的松动等机械原因造成，故障分析要全面。（）振动趋势波动，以 倍频为趋势变化主导因素，相位与轴振值趋势同步变化，趋势变化持续时间以及趋势变化间隔时间不等，并且轴振值和相位可基本复原的振动是碰磨的表现。参考文献：唐敬坤 催化备用主风机启机后振动异常的分析 自动化应用，（）：代彬，刁全，杜鹏 石油化工催化裂化装置离心式增压机的创新设计 第十八届沈阳科学学术年会论文集，：付嘉宁，周家怡 一种石油化工离心压缩机防喘振控制技术 中国科技信息，（）：赵丽娜，王猛，钟震宇，等 振动谐波产生原因分析及其应用 天然气与石油，（）：宋立远，梁魁西，陶本勇 汽轮发电机组碰摩特征提取技术研究 工业控制计算机，（）：段维维 离心泵转子不平衡与不对中故障检测方法研究 安徽工程大学，宫羽丽，牛庆良 汽动给水泵组齿式联轴器不对中故障诊断研究 石油和化工设备，（）：王海飞，陈果 连接件松动的非同步振动响应特征分析与验证 工程力学，（）：作者简介：谢才千（），男，工程师，硕士，现就职于中海油气（泰州）石化有限公司，主要从事动设备管理工作。：