引言 空分装置作为炼化企业的主要装置，承担为下游生产装置提供合格的氧气、氮气和其他相关气体的重要任务，是保证下游装置长周期安全运行的基础。空压机作为空分装置中的关键设备，对其进行振动状态监测及故障诊断，确保其正常工作显得至关重要。 某厂生产的空压机是4级4段离心式压缩机，其型号为DH63-17，同步电动机功率为3700kW，转速为1480r/min，电动机通过联轴器与压缩机变速箱输入轴相联，再通过齿轮变速箱大齿轮带动两边小齿轮输出轴，其中低速轴转速为9800r/min，高速轴转速为12000r/min，3根轴的前后轴承均为径向—推力混合轴承，径向轴承为五瓣瓦式自动调心滑动轴承，推力轴承为滑动推力轴承，前后轴封均为迷宫密封[1]。 1振动故障分析 机组结构简图及测点分布如图1所示。空压机采用美国ENTEK-IRD公司的ENTRX网络化高速在线监 测系统进行实时跟踪监测，通过监测发现空压机3、4级轴测点振动开始缓慢上升，其中3B测点从11μm上升到14μm，4B测点从31μm上升到38μm，振动趋势如图2所示。机组的振动虽然远未达到报警值(机组振动报警值为70μm)，但由于机组振动波动越来越频繁，严重影响了装置的安全生产。为了更好地掌握空压机的运行状态，对导致空压机产生振动的原因进行了分析。 1.1频谱分析 从所记录的机组3B、4B点频谱趋势图(图3)看出，3B、4B的频谱幅值一直在不断加大，振动频率主要表现在200Hz，而此频率正好是工作转速相对应的工频成分(fr=n/60=12000/60=200Hz；n为高速轴转速)，其它频率成分振动变化较小。从振动频谱来看，如果是旋转失速，振动主要发生在频率为0.8和0.2倍的分频工频上；如果是由于轴承油膜振荡引起的，油膜的振动频率约为工频的1/2倍，那么在1/2倍工频处的振幅应比较大，但频谱图上1/2倍工频处的振幅值基本没有，因此可以排除旋转失速和轴承油膜失稳等故障[2]。根据典型故障的振动特征，振动频谱中主振频率主要表现在200Hz，可以初步判断故障原因很可能是转子不平衡或者是轴瓦磨损[3]。 1.2轴心轨迹分析 为了进一步确定故障原因，对在两个相互垂直的径向安装测振传感器测得合成的轴心轨迹图(图5)进行了分析。从图中看出，轴心轨迹的形状是椭圆形，椭圆形状比振动正常时有所增大，且轨迹集中，不紊乱，进一步说明振动是由转子不平衡引起的；而且由于旋转方向与转轴的旋转方向相同，这说明振动是由于转子上产生了与不平衡力相类似的新激振力引起的。因为如果是由于动、静部件碰撞时引起的振动轴心轨迹的运动方向与转轴的旋转方向相反[4]。另外，轴心轨迹形状比振动正常时有所增大，说明随着不平衡的加剧，轴瓦进一步磨损，从而导致3、4级振动逐步增大。 综合各方面的因素，得出以下结论：(1)由于介质冲刷及叶轮结垢，造成高速转子叶轮不平衡；(2)高速轴瓦逐渐出现磨损，轴瓦间隙变大。 1.3叶轮不平衡原因分析 引起转子积灰或叶轮损伤的主要原因有机组进口过滤器的过滤效果差、空压机级间管道和冷却器内壁积灰、锈蚀、结垢等[5]。 (1)空气过滤效果差 空气过滤器作为压缩机的保护装置，在保证压缩机平衡运行方面起着很重要的作用。如果空气过滤器效果不好，空气中的杂质就会较多地进入压缩机，混入压缩空气中，造成叶轮积灰严重，压缩机在运转中，积在叶轮上的灰尘或其他氧化物会不均匀脱落，致使转子平衡被破坏，造成机组振动增大，这是引起振动的主要原因。 (2)中间冷却器及级间管锈蚀 空气中间冷却器及级间管材质为普通碳钢，空气中带腐蚀性成份的冷凝水对冷却器外壳内壁及管道腐蚀严重，若腐蚀生成的物质冲刷叶轮或附着在叶轮上，就可能造成转子平衡被破坏，振动加剧。 (3)中间冷却器析出的冷凝水 中间冷却器的排水方式不当或排水不及时，将会造成冷凝水积聚，积水在冷却器内增多后容易被气流夹带而对叶轮产生冲刷。 2处理措施 2.1空气过滤器改造 提高过滤后空气的质量，减少空气含尘量，就会大大减少压缩机转子叶轮在运行过程中的结垢或机械杂质对叶轮的冲刷，从而减轻转子在运行过程中因结垢而产生的不平衡或者机械杂质对叶轮冲刷造成的叶轮损伤。可将原喷吹滤袋过滤器整体更换为框式过滤器，其采用两级过滤元件，第一级为板式过滤棉；第二级为高效过滤器，滤材为高效玻纤滤纸，由于采用两级过滤，过滤精度得到提高，不仅改善了空气过滤效果，而且可以在机组运转的情况下短时间内更换滤芯，操作维护方便。通过提高进入压缩机的空气质量，减少了空气中的含尘量，减轻了转子叶轮在运行中的灰尘结垢现象，大大延长了空压机的安全运行周期。 2.2管道及冷却器防腐处理 对机组级间换热器进行抽芯检修，发现大量的铁锈和泥砂，内壁腐蚀严重，级间管线同样腐蚀严重。对进气管道、级间管道和冷却器外壳及内部进行彻底除锈，并进行防腐处理，可避免产生氧化物对叶轮冲击，减少叶轮的结垢程度。对级间换热器内壁和级间管线内壁进行特殊防腐处理，可采用碳钢表面喷镀不锈钢的处理方法，喷镀工序全部完成后会在级间换热器内壁和级间管线内壁的内表面形成一层不锈钢镀膜，既耐腐蚀又抗冲刷。同时，检修中把机组级间换热器的排凝口加大，排凝管线改为不锈钢管线，确保级间换热器不会因排凝管线堵塞造成液击。通过采取上述改造措施后，叶轮的冲刷现象从根本上得到了解决。 3结论 通过对DH63空压机振动原因进行分析，采取了上述有效的对策与处理措施，3、4级振动已明显好转，机组振动故障问题得到了有效的解决。目前机组完全有能力做到安、稳、满、优运行8000h以上不停车，改造效果良好，提高了企业的经济效益。 参考文献 [1]金锁英，等.空分装置空压机振动及故障诊断[J].通用机械，2004(5)：67-69. [2]廖伯瑜.机械故障诊断基础[M].北京：冶金工业出版社，2003. [3]于涛.空分装置空压机振动监测及故障诊断[J].炼油技术与工程，2005(12)：36-39. [4]王江萍.机械设备故障诊断技术及应用[M].西安：西北工业大学出版社，2001. [5]王瑾辉，等.DH90空压机振动的原因分析与对策[J].武汉科技大学学报，2006(2)：183-185.
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