離心壓縮機在運行中的故障分析及檢修技術

袁旭東(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

煤制氫部離心壓縮機借助系統(tǒng)合成氣做功，提高氣體壓力以及速度，完成合成氣的運輸。對比以往使用較為常見的往復式壓縮機，離心壓縮機結(jié)構(gòu)更加緊湊，占地面積較小，使用較為方便。該設備僅有軸承需要進行潤滑處理，能夠在最大程度上降低氣體污染情況，應用優(yōu)勢明顯。

1 故障分析

1.1 小波分析診斷技術

就目前而言，小波分析在行業(yè)中的應用已經(jīng)實現(xiàn)了普及化，診斷效果顯著。小波分析主要借助數(shù)學模型，經(jīng)計算獲取故障點，進而實現(xiàn)設備故障診斷。具體對該檢修技術進行分析，包括以下四種：(1)信號突變診斷。該技術通過獲取多尺度，判斷信號奇異點，經(jīng)噪聲、信號測試，對故障加以判斷。當設備發(fā)生振動故障時，觀測信號產(chǎn)生奇異變化，以此作為重要指標，對故障點進行確定。(2)信號頻率結(jié)構(gòu)變化診斷。經(jīng)多分辨率分析，觀察信號頻譜變化，結(jié)合某特定時間段內(nèi)的頻率分布，對設備故障進行判斷。當發(fā)生故障時，信號頻率結(jié)構(gòu)將會呈現(xiàn)差異。因此，可以此作為指標，借助檢測算法，建立在有效計算基礎上，獲取信號特征矩陣，完成設備故障診斷。(3)系統(tǒng)脈沖檢測。故障多伴隨系統(tǒng)傳遞函數(shù)出現(xiàn)變化，脈沖響應函數(shù)也會隨之改變。小波變化技術可根據(jù)信號變化規(guī)律，完成設備判斷工作，進而確定設備是否存在故障情況。(4)系統(tǒng)波形特征診斷。小波變換技術具有過濾作用，可有效實現(xiàn)去噪處理，并進一步獲取相應的輸出信號，進而觀察設備故障情況。

1.2 故障類型

煤制氫部離心式壓縮機機組以定頻電動機作為動力來源，通過液力耦合器進行變速調(diào)節(jié)，對空冷后的合成氣進行一、二段壓縮，產(chǎn)出低壓和高壓合成氣用于氣化爐工業(yè)電視、火檢等設備的吹掃降溫。結(jié)合設備實際運行，加強信號控制，保持信號處于正常指標，對離心壓縮機運行十分重要，一旦信號與工作參數(shù)不符，將引發(fā)故障問題。在該設備中，故障形式較為多樣，包括轉(zhuǎn)子失衡、軸承溫度高、喘振現(xiàn)象等，若受到劇烈振動影響，設備將損壞嚴重。另外，油品不良，導致過濾器壓差高或油質(zhì)乳化也會引發(fā)設備故障。

1.2.1 振動過強

壓縮機運行初期防喘振閥噪音和震動大，壓縮機出口壓力控制困難，操作人員只能用工藝副線閥進行控制。壓縮機停機后下線防喘振閥，拆檢后發(fā)現(xiàn)內(nèi)件損傷極其嚴重，上導向變形，閥座密封面損傷，閥桿斷裂。振幅過大進一步加劇了壓縮機故障風險。在這一過程中，由于系統(tǒng)周期性低頻，若出現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)介質(zhì)倒流，將會產(chǎn)生嚴重振蕩情況，進而引發(fā)振喘問題，導致設備部件受損，使整個設備內(nèi)部存在嚴重松動情況，無法保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在嚴重的情況下，還會造成設備無法運行，裝置停工。

1.2.2 離心轉(zhuǎn)子失衡

設備在實際加工環(huán)節(jié)，受到技術制約，中心軸不會完全對稱，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)一定偏差。當受到離心力干擾時，轉(zhuǎn)子軸承載荷會有所提升。同時，設備在實際運行中多伴隨振動存在，受其影響轉(zhuǎn)子可能出現(xiàn)失衡。對轉(zhuǎn)子失衡進行分析，觀察轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速頻率，當其達到峰值時，將會增加轉(zhuǎn)子失衡風險。同時，對高次諧波值進行觀察，當出現(xiàn)正弦波時，也會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子失衡。另外，受到轉(zhuǎn)子軸振值影響，轉(zhuǎn)子失衡風險進一步增加?？傮w而言，在旋轉(zhuǎn)體設計對稱不足的情況下，轉(zhuǎn)子無法在中心軸保持重心，將會引發(fā)轉(zhuǎn)子失衡。同時，內(nèi)部使用材料呈現(xiàn)不均勻情況，也會形成轉(zhuǎn)子失衡。

1.2.3 軸承溫度高

結(jié)合實際機組運行，出現(xiàn)兩種情況：一種是油站過濾器壓差較高，后路潤滑油壓力和流量降低，導致機組軸承潤滑油量不足，不能滿足潤滑和冷卻要求。另一種是由于油泵運行故障，導致油路系統(tǒng)出現(xiàn)問題。同時，沒有定期檢查潤滑油油質(zhì)，受到潤滑油污染影響，將會進一步增加摩擦，進而導致軸承升溫，設備無法正常運行。

1.2.4 干氣密封效果不佳

煤制氫部離心式壓縮機采用四川日機密封生產(chǎn)的干氣密封，利用高壓氮氣(5.6 MPa)密封作為一級密封，低壓氮氣(0.8 MPa)減壓后作為二級密封和油路系統(tǒng)密封。干氣密封出現(xiàn)損壞，有可能損壞機體密封，造成工藝介質(zhì)外泄。同時，由于壓力不足造成潤滑油污染密封端面。

1.2.5 出口流量過低

該問題的出現(xiàn)主要與壓縮機內(nèi)部溫度、阻力以及密度有關。由于合成氣本身具有較高溫度，進入壓縮機后，會加劇壓縮機內(nèi)部溫度升高。由于焦過濾器為間斷式反吹，當反吹閥門出現(xiàn)故障，壓縮機受到排氣管網(wǎng)阻力，將會導致流量過低。另外，當出現(xiàn)流道阻塞時，或者存在氣體密度下降，也會引發(fā)出口流量下降。因此，當發(fā)現(xiàn)壓縮機疑似出口流量過低時，應停機后聯(lián)系維保人員打開壓縮機蓋，對壓縮機內(nèi)部進行觀察，進一步明確壓縮機故障原因，并展開針對性分析，進而提出相應的處理措施。同時，操作人員還要注意對設備油壓下降情況進行觀察，判斷是否出現(xiàn)油泵損壞情況。

1.2.6 氣閥故障

氣閥故障的主要表現(xiàn)形式包括彈簧故障、閥片故障等，將會導致壓縮機無法正常運行。當前行業(yè)內(nèi)存在多種方法檢測氣閥故障，除借助同振動信號外，還可以通過設備沖擊力變化，對氣閥故障進行判斷。同時，觀察氣閥片破損，也能夠判斷氣閥是否處于故障狀態(tài)。在使用上述方法的基礎上，技術人員還需要注意綜合考慮多方面因素，確保診斷準確性。

2 故障檢修技術

2.1 振動處理

煤制氫部離心式壓縮機防喘振閥是隨壓縮機成套提供的，廠家計算選型閥門形式選擇為單座閥，閥門口徑為2寸，不適應實際工況的運行要求。針對該項防喘振閥進行技術改造，閥門設計壓力達到13 MPa。壓力極高，使用時很容易造成內(nèi)件的損傷而影響閥門使用，而過高的壓力也會造成閥門振動，噪音過大等隱患。針對這種情況，可采用多級套筒逐級降低介質(zhì)壓力，外側(cè)套筒孔數(shù)大于內(nèi)側(cè)套筒，氣體在套筒流量孔和間隙中流動時逐漸膨脹，壓力逐級降低，可有效降低噪音和振動帶來的危害。通過更新防喘振閥計算選型，閥門形式選擇為套筒閥，閥門口徑為3寸，由壓縮機廠家提供用于更換的新閥門后，安裝至現(xiàn)場運行一年多，閥門振動很小，沒有出現(xiàn)閥桿斷的情況，運行情況良好，閥門噪音和振動問題得以解決。

2.2 離心轉(zhuǎn)子失衡處理

具體對轉(zhuǎn)子失衡進行分析，針對轉(zhuǎn)子質(zhì)量失衡，技術人員和操作人員應切實加強壓縮機組的振動檢查，積極分析原因，加大振幅控制力度，確保轉(zhuǎn)子失衡問題得以解決。結(jié)合轉(zhuǎn)子失衡產(chǎn)生過程，操作人員要避免壓縮機運轉(zhuǎn)過熱，特別在壓縮機完全停機以后，應立刻對壓縮機進行盤車，使壓縮機各潤滑點降溫，同時通過選擇低速盤車方式，有效確保運轉(zhuǎn)平衡性。針對轉(zhuǎn)子脫落、損壞，應及時加強設備檢查工作，對設備內(nèi)部存在的污垢進行處理，通過保障設備檢查效果，對設備進行定期維護，能夠確保設備運轉(zhuǎn)效果，提升轉(zhuǎn)子平衡性[1]。

2.3 軸承溫度控制

針對此類型壓縮機，技術人員應切實加強潤滑油管理，應從設備實際情況出發(fā)，合理選擇潤滑油，在保障潤滑油與設備相匹配的情況下，進一步保障潤滑油質(zhì)量，增加化驗分析的頻率，為壓縮機運行提供保障。同時，技術人員應結(jié)合設備要求，合理提供充足潤滑油，在最大程度上降低摩擦情況的出現(xiàn)，確保機組運行順暢，進而降低軸承溫度，提高壓縮機運行效果。另外，操作人員應提高對高位油箱的重視度，上油時采用小流量緩慢控制，并定期檢查高位油箱的液位以及回油情況，以確保壓縮機在油泵出現(xiàn)故障時，能夠第一時間保證軸承的潤滑，從而保證機組安全停機。定期對冷油器進行檢查，當發(fā)現(xiàn)泄漏或結(jié)垢等問題時，應及時對冷油器進行清洗和維修。

2.4 干氣密封失效處理

雖然安裝時允許存在一定誤差，但干氣密封屬于精密部件，不正確的安裝和拆卸很容易導致密封損壞，安裝前必須確保工藝管路已完成管道清潔。設備安裝或運行時，若干氣密封受到污染，應立即拆除清洗，必要時返廠維修或更換。重新安裝時檢查全部密封區(qū)域，同時進行軸向轉(zhuǎn)動檢查和軸向浮動性檢查，在最大極限位置使用最小壓力，避免再次損壞密封。

2.5 加強出口氣量控制

操作人員在啟動壓縮機前，應確保做好工藝管道的吹掃工作，保證工藝管道滿足壓縮機的運行條件，從而優(yōu)化出口氣量。壓縮機開機前，應落實壓縮機開機前的檢查，完成開機前的儀表調(diào)試，試運和氣密性檢查，以免受到封閉性不足影響，導致設備出現(xiàn)漏氣情況。另外，應注意對出口處各閥門，儀表進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏或故障，應及時進行消漏和零部件的故障處理，確保氣量控制效果。

2.6 氣閥故障處理

對設備氣缸進行觀察，當設備出現(xiàn)異響時，技術人員應進一步以氣缸作為重點，落實相應的檢查工作，及時對氣缸內(nèi)部雜質(zhì)進行處理，對相關異物進行清除，以免導致氣閥損壞[2]。應提高對氣缸維護的重視度，定期內(nèi)對雜質(zhì)以及異物進行處理。如果氣缸損壞較為嚴重，可直接進行更換。同時，在氣閥縫隙不足的情況下，將會引發(fā)相關氣閥問題，因此從該角度出發(fā)，應做好氣閥調(diào)整工作，確保氣閥各項參數(shù)始終處于規(guī)定要求內(nèi)。壓縮機周期運行時間較長，并且在多年使用下，壓縮機容易出現(xiàn)故障，當發(fā)現(xiàn)故障原因為氣缸存在異物，同時氣閥、氣閥片出現(xiàn)不同程度上的損壞時，應立即對異物進行拆檢清除，進一步對氣閥、氣閥片進行更換。另外，部門進一步制定了維護計劃，定期對設備進行停機檢查，并完成氣缸清洗工作，截至目前，設備運行可滿足部門長周期運行要求。同時針對氣閥故障，如果故障原因為傳動機故障，應注意對排氣、進氣閥進行更換，以免因為問題解決不及時，導致內(nèi)部零件出現(xiàn)松動情況。因此，在更換氣閥的同時，加強零件檢查工作，為有效降低零件脫落風險，應對零件進行緊固處理，并對已經(jīng)老化的零件進行更換，以免出現(xiàn)零件脫落情況，導致設備故障更加嚴重[3]。

3 檢修優(yōu)化措施

總體而言，各類已經(jīng)成熟化的診斷技術已逐漸應用到壓縮機診斷工作中，有效提升檢修效率，確保能夠及時獲取故障點定位。除落實檢修技術外，還要配套相應的檢修措施，健全檢修制度，為檢修技術的應用提供指導，確保故障問題得到有效處理。

基于設備自身故障問題，技術人員應堅持對癥下藥的原則，切實采取針對性故障解決措施。針對臨界振動故障，應對轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，加強振動控制，進而解決故障。針對油膜故障，應合理調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合設備實際需求，對各項參數(shù)加以控制，降低振蕩問題。針對喘振故障，需要合理優(yōu)化工作參數(shù)，配套相應的保護系統(tǒng)，升速降速快速跨過喘振區(qū)，同時研究防喘振閥門的工作情況，避免喘振的發(fā)生。基于輔助系統(tǒng)故障問題，技術人員應著重加強零部件檢查工作，一旦零部件出現(xiàn)損壞、松動情況，將會進一步引發(fā)輔助系統(tǒng)故障，應建立常態(tài)化檢查措施，確保輔助系統(tǒng)得到有效管控。

部門根據(jù)氣化工藝使用條件，優(yōu)化了壓縮機使用性能，調(diào)整了壓縮機一、二段合成氣的出口壓力。完善了日常巡回檢查制度，對壓縮機零部件損壞情況進行了詳細記錄，同時對機械零件進行處理，涵蓋雜物零件需要進行清洗、損壞零件則應直接更換。技術人員應做好元件故障排查工作，通過引進先進檢修設備，確保能夠有效縮小誤差，提高檢修準確性。另外，相關維保單位應落實檢修人員培養(yǎng)工作，成立設備特護小組，對內(nèi)部工作進行分工，實現(xiàn)專人負責專門的設備，確保設備能夠得到專業(yè)養(yǎng)護，進而保障設備使用效果[3]。

4 結(jié)語

離心壓縮機在煤氣化中有著至關重要的地位，其不僅在結(jié)構(gòu)方面存在明顯優(yōu)勢，并且價格相對便宜。但是同樣要注意加大對設備的質(zhì)量控制，通過明確設備常見故障原因，積極引進先進診斷技術，及時發(fā)現(xiàn)設備故障進行定位，并采取有效檢修技術，在優(yōu)化檢修效率的同時，確保設備使用質(zhì)量。