王永杰 王興偉 宋健 于凱 董友/沈陽鼓風機股份有限公司

百萬噸乙烯壓縮機試車中結構改進及測試性能方案的調整

王永杰 王興偉 宋健 于凱 董友/沈陽鼓風機股份有限公司

0 引言

百萬噸乙烯裝置用離心壓縮機機組是由兩缸3MCL806與3BCL527離心壓縮機和潤滑油站等組成。壓縮機有五段十三級，軸端密封采用干氣密封。通過對產品的結構裝配中所涉及到相關影響機組性能參數(shù)的零件、測試元件結構改進，對性能施工試驗方案的不合理要求進行修改，確保機組性能試驗有效順利提供技術工藝保障。

1 機械運轉、振動故障分析和結構改進

1.1 機械運轉試驗

1）低壓缸經過半年裝配、找正于2011年1月8日上午10點試車，按照API要求機械運轉各項參數(shù)符合設計要求，振動值1V1=5μm、1V2=6.5μm、1V3=15.1μm、1V4=14μm；試車合格，軸承溫度最大79℃，最小63℃，滿足API要求。

2）高壓缸經過2個多月的裝配、找正，并多次試車后，最后一次試車在2010年9月18日，按照API要求機械運轉各項參數(shù)符合設計要求，振動值2V1=7μm、2V2=9μm、2V3=13.1μm、2V4=11.5μm；試車合格，軸承溫度最大73℃，最小64℃，滿足API要求。

3）由于該產品在用戶現(xiàn)場是兩缸連動運轉，所以在對上述兩缸分別試車合格后進行兩缸連動機械運轉試驗，機組運轉4小時左右。低壓缸振動值1V1=7.5μm、1V2=8μm、1V3=16.1μm、1V4=11.5μm；試車合格。軸承溫度最大78℃，最小67℃，滿足API要求。高壓缸機組振動值2V1= 4.8μm、2V2=8.2μm、2V3=12.1μm、2V4=14.5μm；試車合格，軸承溫度最大73.8℃，最小61.4℃，滿足API要求。

因該機組的介質是乙烯，屬于低溫介質，故對轉子軸和葉輪的材質及機械性能要求非常嚴格，其轉子部件選擇的材料是低溫材料，為使高、低壓缸轉子在高速動平衡時盡可能地達到動平衡精度要求，保證后序機械運轉的穩(wěn)定性，對高、低缸轉子反復進行了高速平衡及穩(wěn)定處理試驗，最終達到轉子的穩(wěn)定，得到了用戶的檢驗認可。

4）該機組轉子在整個裝配和試車處理中的要點有：相位初始角，殘余不平衡量值的控制，殘余應力的釋放，轉子熱敏的處理，電跳區(qū)的電跳值，探頭套管使用的結構處理，軸瓦間隙的檢測，軸承壓蓋接觸面的檢查，聯(lián)軸器找正距離的確定及預拉伸值等問題的檢查。

5）轉子試車過程中注意事項：由于該機組轉子（包括軸和葉輪）材質的特殊性，在整個試車過程當中，為保證機組轉子運轉的穩(wěn)定性要求，憑借著多年試車經驗在每次試車時對高、低壓缸的轉子采取分段升速，即高、低壓缸轉子在轉速升速過程分別在其臨界轉速前、后再加500r/min，觀察各轉子振動值及軸承瓦溫是否穩(wěn)定。如穩(wěn)定機組運轉10分鐘再升速1 000r/min，以此類推，直至達到實驗轉速，觀察振動值及軸承瓦溫是否穩(wěn)定及合格。

當時用戶在現(xiàn)場參與了試車并提出試車過程中的一些要求，對此逐一進行了檢驗。例如：在升速過程中按階梯式升速。機械運轉參數(shù)如下：高缸：一階轉速3 502r/min；低缸：一階轉速2 730r/min；最大連續(xù)轉速6 308r/min。超轉6 939r/min?？刂七M油溫度在35～45℃之間、回油溫度68℃以下，兩缸機殼溫度被控制在56～64℃，滿足API技術試車要求。

1.2 機組振動故障分析

機組在試車中出現(xiàn)的振動故障，拆檢后發(fā)現(xiàn)低壓缸有4個葉輪口圈及相對應的軸封直徑有不同程度的磨損，通過查閱多次試車過程的機械運轉的電腦記錄進行對比，從頻譜跟蹤、形心軌跡、鍵相位等相關參數(shù)對比顯項分析，雖然前、后振動值在合格范圍內，但振動值時有波動，即：主頻、分數(shù)諧波都存在時域波型有削波現(xiàn)象，振動不穩(wěn)定。懷疑轉子與密封之間有磨擦現(xiàn)象。后經停車拆檢這4個葉輪口圈，軸封處都有輕微磨擦刮痕，該情況得到驗證。處理后再次進行高速動平衡試驗。將轉子振動速度降到1.0mm/s以下合格。

接下來對低壓缸機組重新復裝、連接高壓缸校正試車，其振動值都比第一次下降很多，其振動值為1V1=6.9um、1V2=8.2um、1V3=16.1um、1V4=11.5um；試車合格，軸承溫度最大82℃，最小69℃，滿足API要求。

1.3 機組結構的改進

在整個機組性能試驗的過程中，由于結構和功率大的原因，采用高壓缸和低壓缸分別性能試驗。試驗結果高壓缸測試的性能參數(shù)基本滿足設計參數(shù)要求；而低壓缸測試的性能參數(shù)不能滿足設計參數(shù)要求。

1）對該機組進行了解體檢查，對照設計圖紙逐個檢查轉子對應隔板位置、無葉擴壓器寬度、各段葉輪口圈密封及軸封間隙都沒有發(fā)現(xiàn)異常，各項檢驗的參數(shù)都符合設計要求。

2）設計部對該產品結構進行重新計算檢查，結果發(fā)現(xiàn)一些結構問題。處理要點：對部分葉輪和隔板進行調整。

3）為保證性能試驗參數(shù)的準確性，在做性能試驗時需要及時測試機殼內的各段、各級的氣體壓力、溫度值。為使壓力、溫度探針在機殼內把合的牢固性，結合其測試元件的使用性能修改了原設計固定卡子的把合方案，使其固定卡子更牢固實用，還不影響性能測試要求。經過整個性能試驗后拆檢，結果該固定卡子、壓力傳感器、測溫度探針均沒有損壞。

2 性能試驗管路的安裝施工及改進

在管路施工鋪設時，首先要考慮高低缸主機的試車位置，相應測試性能所需的元件（電機、耦合器、變速機、氣體冷卻器、孔板、閥門等元件），同時要考慮試車元件的參數(shù)來滿足實驗要求，還要考慮試車過程中的金屬受熱變化而引起的線性熱膨脹量、機組找正精度及按聯(lián)軸器的技術要求進行找正。

2.1 性能試驗管路的安裝施工

1）高壓缸性能試驗的工藝管路是一進一出，外加一補加氣管路；相當于兩個回路，見圖1。

圖1 乙烯壓縮機廠內氣動性能試驗測試系統(tǒng)圖（高壓缸）

整個回路在3個孔板前后各有1個差壓點和2個測溫點。為了保證生產進度及產品交貨期時間和試車性能管路順利施工完成，對圖紙認真審閱并嚴格制定施工方案。

先確定主機找正的位置，分別將主機垂直風口管路、法蘭和膨脹節(jié)焊在其管路上，將氣體冷卻器置于其相應位置上，并從氣體冷卻器進、出口預制管路，與主機風口管路相聯(lián)接。還分別將3個閥門、3個孔板、一個加氮氣閥門和一個放空閥及一個抽真空閥門安裝在相應位置上。

2）其次，低壓缸性能管路走向比高壓缸性能管路施工鋪設回路復雜，它是另一種試驗形式結構，面對設計圖紙分析低壓缸為3段，由一個總進口、一個總出口、兩個加氣口和一個抽氣口的特殊結構組成，相當于三個回路。整個回路中，在4個風口接管路上各有4個取壓點和測溫點，特別是在機殼內還有8個取壓點和測溫點，在3個孔板前后各有1個差壓點和2個測溫點，見圖2。

圖2 乙烯壓縮機廠內氣動性能試驗測試系統(tǒng)圖（低壓缸）

2.2 性能試驗管路工藝性改進

在試驗中考慮管路線性熱膨脹量的影響增加彈簧支座用于出風口管路垂直段下方以緩解管路線性熱膨脹量，避免機組機殼試車振動，同時在進出氣管路口分別增加開式管路用于吹掃需求。將管路避開障礙物，打開閥門開始進行吹掃，之后將管路聯(lián)接一個閉式循環(huán)管路體。

由于該產品使用的是低溫介質，根據(jù)在廠內現(xiàn)有的條件決定使用介質N2，純度要求98％以上。在性能試驗時，為保證安全對管道進行焊縫X光透視和充氮氣打正壓力試驗，其壓力值為10MPa，以檢查管路和法蘭是否有泄漏現(xiàn)象。如無泄漏現(xiàn)象可以對管路進行抽真空檢驗，真空度達到-0.008 5MPa。利用管道內真空度負壓的特性，打開管道的進氣閥將氮氣吸入管道內，再逐漸提高到正壓力0.3MPa。

在進行性能試驗過程中，逐漸對管道氣體介質進行加壓，調整各閥門開度，注意各管道壓力在每次加壓的平衡點（轉速、壓力、流量、閥門開度和氣體溫度等相關參數(shù)），以滿足性能試驗要求。在性能試驗管道內氣體壓力增加至3.5MPa左右時，發(fā)現(xiàn)試驗垂直和水平管路隨著管道內的壓力增加其管路有部分顫抖，為保證試驗的安全性，確保后續(xù)試驗的壓力及流量的穩(wěn)定，決定對機組停車檢查在相應位置管路上增加固定的加強筋。通過調整再次試車時管路顫抖現(xiàn)象消失了。

3 結論

在整個性能試驗過程中所測得各項參數(shù)指標均達到設計要求，高、低缸主機振動值和軸承溫度符合API標準要求。主頻頻譜穩(wěn)定，試車升速過程沒有凸現(xiàn)異常。

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通過對3MCL806與3BCL527乙烯壓縮機裝置的振動故障原因分析，詳細闡述了離心式壓縮機振動形式、機械原理以及各種振動現(xiàn)象的頻譜特征，并對機組振動原因給出了正確的分析結果。同時介紹了壓縮機性能試驗的系統(tǒng)管路及試驗改進方案。

離心式壓縮機；振動；溫度；喘振；頻譜；性能試驗

StructureImprovementand Performance Test Case Adjustment of the Megaton Ethylene Compressor

Wong Yongjie,Wang Xingwei,Song Jian,Yu Kai Dong You/shen yang Blower Works Group Corporation

centrifugalcompressor; vibration;temperature;surge;spectrum; performance test

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）06-0089-04

10.16492/j.fjjs.2015.06.14068

2015-09-01遼寧沈陽110869

Abstract:Based on the analysis of vibration reason of the 3MCL806 and 3BCL527 ethylenecompressor,elaboratedthe spectrumcharacteristicsofcentrifugal compressorvibrationform,mechanical principle and various vibration phenomenon was introduced,and the correct analysis results of the causes of unit vibration was given.Componentmountingandthe requirements of pipeline construction in the performancetesthadbeenadjusted.