趙 飛，李新凱，張 沖

（中石油塔里木油田分公司塔西南勘探開(kāi)發(fā)公司煉油化工廠，新疆澤普 844804）

1 概 述

中石油塔里木油田分公司塔西南勘探開(kāi)發(fā)公司煉油化工廠合成氨裝置配套工藝空氣壓縮機(jī)（101-J，簡(jiǎn)稱空壓機(jī)）是由1臺(tái)透平 （101-JT）驅(qū)動(dòng)的兩缸四段離心式壓縮機(jī)，機(jī)組由低壓缸（2MCL605）、增 速 箱 （25HS）、高 壓 缸（2MCL357，高壓缸簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1）組成，并通過(guò)膜片聯(lián)軸器串聯(lián)而成；空壓機(jī)高壓缸、低壓缸與增速箱安裝在1個(gè)公用底座上；段間設(shè)置有3臺(tái)循環(huán)水冷卻器 （101-JC1／JC2／JC3，浮頭換熱器）和 3臺(tái)液滴分離器 （147-F／148-F／149-F）。

空壓機(jī)主要性能參數(shù)如下：一段流量33091 kg／h，一段入口溫度32℃、入口壓力83.4kPa；四段出口溫度197℃、出口壓力3651kPa；功率4960kW；低壓缸主軸轉(zhuǎn)速9735r／min，低壓缸臨界轉(zhuǎn)速 （一階／二階）3321／12289r／min；高壓缸進(jìn)口流量108m3／min，高壓缸主軸轉(zhuǎn)速14691r／min，高壓缸臨界轉(zhuǎn)速 （一階／二階）5359／21668r／min，速比1.509。

101-J屬離心式壓縮機(jī) （具有喘振特性），有2路防喘振設(shè)置：一路由101-J低壓缸出口引出1條放空管線，由HV-23控制；另一路由101-J高壓缸出口引出1條放空管線，由FV-4控制 （FV-4還具有調(diào)節(jié)合成氣氫氮比的作用）。

圖1 空壓機(jī)高壓缸簡(jiǎn)圖

2 空壓機(jī)檢修及運(yùn)行情況

2.1 空壓機(jī)近幾年檢修和運(yùn)行情況

空壓機(jī)按照每4a大修1次、每2a項(xiàng)修1次的原則開(kāi)展檢修維護(hù)工作。2014—2016年，空壓機(jī)高壓缸進(jìn)行了1次大修和1次項(xiàng)修作業(yè)：2014年9月裝置停工檢修，空壓機(jī)進(jìn)行開(kāi)缸大修，檢修后開(kāi)車機(jī)組運(yùn)行正常；2016年對(duì)高、低壓缸軸瓦進(jìn)行檢查，復(fù)查對(duì)中。2014—2016年期間空壓機(jī)共經(jīng)歷2次冬季長(zhǎng)停，分別是2014年12月底—2015年5月和2015年12月17日—2016年3月15日，長(zhǎng)停期間堅(jiān)持按每半月對(duì)機(jī)組進(jìn)行充氮吹掃和保護(hù)、每周啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵1次、機(jī)組潤(rùn)滑后盤車的要求進(jìn)行維護(hù)。

2.2 2016年復(fù)工檢修和開(kāi)機(jī)情況

2016年3月中旬，合成氨裝置進(jìn)行復(fù)工檢修，空壓機(jī)高壓缸進(jìn)行了項(xiàng)修，主要檢查測(cè)量了空壓機(jī)各部位軸承間隙、瓦背緊力、轉(zhuǎn)子竄量，并對(duì)軸瓦磨損、轉(zhuǎn)子軸頸和止推盤等進(jìn)行了檢查。項(xiàng)修完成后，共開(kāi)機(jī)5次，具體情況如下。

第1次開(kāi)機(jī) （2016年5月23日），二段爐吹灰，空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速8700r／min左右，運(yùn)行約3h；每次吹灰過(guò)程高壓缸軸振值有波動(dòng)，整體呈上漲趨勢(shì)，整個(gè)吹灰過(guò)程中XE-0109（軸振值測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖1；下同）由20μm逐漸漲至40μm，期間最大振值為83μm（機(jī)組軸振動(dòng)報(bào)警值69μm、聯(lián)鎖值115μm）。

第2次開(kāi)機(jī) （2016年5月26日），一段爐進(jìn)行氮?dú)馍郎?，空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速8000r／min，運(yùn)行12h，過(guò)程中空壓機(jī)高壓缸振值較穩(wěn)定，XE-0109最大值為23μm。

第3次開(kāi)機(jī) （2016年 5月 27日 01：20—04：18），運(yùn)行3h，空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速達(dá)9095 r／min時(shí)因振值高聯(lián)鎖停機(jī)，停機(jī)后機(jī)組未作檢修，待下一次開(kāi)機(jī)觀察跳車原因。

第4次開(kāi)機(jī) （2016年 5月 27日 04：40—08：20），空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速升至 9035r／min，因振動(dòng)大，降轉(zhuǎn)速至8300r／min后軸振值XE-0109維持在54μm左右，相對(duì)較穩(wěn)。經(jīng)分析后，停機(jī)檢查段間入口空氣過(guò)濾器、防喘閥，防喘閥無(wú)異物堵塞，狀態(tài)正常；入口空氣過(guò)濾器內(nèi)有異物，進(jìn)行清理；檢查期間還發(fā)現(xiàn)二段段間冷卻器（101-JC2）浮頭側(cè)積水較多，加強(qiáng)了排水。

第5次開(kāi)機(jī) （2016年 5月 27日 16：28—18：42），空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速升至 8900r／min，XE-0109漲至 106μm，降轉(zhuǎn)速至 8300r／min，XE-0109降至45μm，其后提高轉(zhuǎn)速軸振值即上漲。于是決定停機(jī)檢查南側(cè)徑向軸瓦 （簡(jiǎn)稱南側(cè)瓦）、北側(cè)徑向軸瓦 （簡(jiǎn)稱北側(cè)瓦）。

3 空壓機(jī)高壓缸的檢修情況

第1次停機(jī)檢查：北側(cè)瓦背有0.01mm間隙，調(diào)整至0.02mm過(guò)盈量，北側(cè)徑向瓦沿軸向有約50%瓦接觸不好，瓦面右半邊有摩擦痕跡，于是更換徑向瓦1付，檢查瓦面與軸的接觸情況，調(diào)整使之與軸接觸均勻，更換調(diào)整后軸瓦間隙為0.14mm，瓦背過(guò)盈量為0.02mm；檢查南側(cè)瓦，一切正常，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

第1次停機(jī)檢查完成后，第6次開(kāi)機(jī) （2016年5月28日 10：30—16：30），空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速升至9000r／min，軸振值 XE-0109和 XE-0110分別在43μm和56μm，緩慢將機(jī)組提壓升速，最高提到9600r／min、壓力3269kPa，XE-0109、XE-0110、XE-0111、XE-0112分別達(dá)到53μm、68μm、29μm、30μm。經(jīng)討論認(rèn)為，機(jī)組當(dāng)前這種狀況無(wú)法滿足夏季滿負(fù)荷運(yùn)行需要，決定再次檢查瓦背過(guò)盈、瓦間隙，并復(fù)查對(duì)中情況。

第2次停機(jī)檢查：復(fù)查對(duì)中正常；北側(cè)瓦背又存在間隙，修整瓦背接觸，將瓦背過(guò)盈調(diào)整合適，徑向瓦間隙超差0.01mm，再次更換徑向瓦1付；檢查南側(cè)瓦，一切正常。

第2次停機(jī)檢查完成后，第7次開(kāi)機(jī) （2016年5月29日 18：36—23：15），空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速升至9000r／min，振值波動(dòng)較大，降轉(zhuǎn)速至8500r／min，XE-0109和 XE-0110為 48μm和49μm。經(jīng)討論認(rèn)為，轉(zhuǎn)子可能存在不平衡。于是決定停機(jī)，高壓缸大修更換備用轉(zhuǎn)子，換下的轉(zhuǎn)子緊急返廠維修和做高速動(dòng)平衡試驗(yàn)。

第3次停機(jī)檢查：復(fù)查對(duì)中正常；北側(cè)瓦背緊力多次測(cè)量不一致，檢查軸承體與軸承座接觸情況，其下部有點(diǎn)空，更換軸承體后，檢查接觸，緊力正常；高壓缸開(kāi)缸后發(fā)現(xiàn)銹跡較多，轉(zhuǎn)子葉流道銹蝕結(jié)垢較多，兩側(cè)汽封處污垢較多，高壓缸轉(zhuǎn)子跳動(dòng)正常，三段后兩級(jí)葉輪背面靠軸徑銹垢顆粒較粗，高壓缸兩端軸端汽封凹渦內(nèi)油泥和結(jié)垢較多 （機(jī)組平衡管由此引出）。更換備用轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子上帶的輪轂，聯(lián)軸器成套使用，轉(zhuǎn)子跳動(dòng)正常。

第3次停機(jī)大修更換高壓缸轉(zhuǎn)子后，第8次開(kāi)機(jī) （2016年6月2日05：50—11：00），空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速升至9400r／min、壓力最高提至3.3 MPa，軸振值波動(dòng)大，聯(lián)鎖停機(jī)。

第4次停機(jī)檢查：再次檢查瓦間隙及瓦背緊力，將瓦背過(guò)盈量調(diào)整到0.04mm，軸瓦間隙正常。

第4次停機(jī)檢查完成后，第9次開(kāi)機(jī) （2016年6月2日23：20），空壓機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)速升至9300 r／min；6月3日10：00，緩慢提壓至2.9MPa，軸振值XE-0109和XE-0110為49μm和52μm，試著向二段爐配空氣，裝置低負(fù)荷運(yùn)行。

緊急返廠維修轉(zhuǎn)子運(yùn)回現(xiàn)場(chǎng)后，安排第5次高壓缸大修：復(fù)查對(duì)中正常，北側(cè)徑向瓦間隙0.17mm，發(fā)現(xiàn)中分面上又有銹跡；更換上經(jīng)緊急返廠維修并完成高速動(dòng)平衡試驗(yàn)的轉(zhuǎn)子后，再次更換北側(cè)徑向瓦1付，瓦背過(guò)盈量0.02mm，重新對(duì)中，達(dá)到要求。

4 空壓機(jī)高壓缸軸振動(dòng)異常的原因排查

為查找空壓機(jī)高壓缸軸振動(dòng)異常的原因，主要從檢修裝配質(zhì)量、設(shè)備檔案、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對(duì)中、轉(zhuǎn)子運(yùn)行情況、振動(dòng)檢測(cè)探頭、操作變動(dòng)等方面逐一進(jìn)行分析與排查。

（1）據(jù)高壓缸軸兩側(cè)軸振值同時(shí)波動(dòng)且均呈增大的態(tài)勢(shì)，以及兩側(cè)振動(dòng)檢測(cè)探頭基本上不可能同時(shí)發(fā)生故障的分析，我們認(rèn)為儀表探頭應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。

（2）經(jīng)查設(shè)備檔案，近幾年機(jī)組未發(fā)生過(guò)喘振，機(jī)組因發(fā)生喘振導(dǎo)致高壓缸軸振值高的可能性基本上可以排除。

（3）針對(duì)是否因操作變動(dòng)引起高壓缸軸振值高的可能，分析認(rèn)為，本次檢修后二段爐吹灰流程由原來(lái)的由二段爐入口閥控制改為由空壓機(jī)出口MOV-6開(kāi)關(guān)控制，而空壓機(jī)出口到MOV-6開(kāi)關(guān)的管線距離較短，短時(shí)間內(nèi)間斷開(kāi)關(guān)閥門的吹灰方式可能對(duì)機(jī)組的運(yùn)行造成一定的影響，使得每次吹灰時(shí)空壓機(jī)高壓缸軸振值都有波動(dòng)。

（4）通過(guò)2次停機(jī)檢查軸瓦間隙、瓦背緊力、軸系對(duì)中、轉(zhuǎn)子揚(yáng)度、軸頸跳動(dòng)及瓦座口、瓦座與瓦架接觸情況，對(duì)懷疑可能存在問(wèn)題的部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，通過(guò)調(diào)整修研或備件更換，裝配數(shù)據(jù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，故排除檢修裝配質(zhì)量不良而造成高壓缸軸振值高的可能。

針對(duì)上述多次反復(fù)檢修 （包括更換備用高壓缸轉(zhuǎn)子）未能解決空壓機(jī)高壓缸軸振值高的問(wèn)題，我們結(jié)合大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、多次開(kāi)停機(jī)狀況以及振動(dòng)分析儀提供的振動(dòng)波形和頻譜進(jìn)行分析。

每一種引發(fā)異常振動(dòng)的故障源都會(huì)產(chǎn)生一定頻率的振動(dòng)，據(jù)振動(dòng)信號(hào)的頻率組成，可以很快排除一批不可能出現(xiàn)的故障：①油膜渦動(dòng)的振動(dòng)頻率為 （0.42～0.48）×RPM（RPM指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r／min），油膜渦動(dòng)的振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速頻率，振幅不穩(wěn)定；②轉(zhuǎn)子與固定部件之間的摩擦激發(fā)較寬頻帶的振動(dòng)，可能包括基頻、倍頻、次諧波、轉(zhuǎn)子零部件固有頻率；③轉(zhuǎn)子組件松動(dòng)的振動(dòng)頻率以基頻為主，可能伴有倍頻或1／2×RPM、1／3×RPM等分?jǐn)?shù)倍頻，其幅值不穩(wěn)定；④不對(duì)中不但影響基頻振動(dòng)，還可引起2倍頻及其他高倍頻振動(dòng)；⑤轉(zhuǎn)子裂紋引起的2倍頻振動(dòng)，水平方向和垂直方向的振幅大小相近——通過(guò)轉(zhuǎn)子探傷予以排除。

通過(guò)故障振動(dòng)分析儀提供的振動(dòng)波形和頻譜，高壓缸振動(dòng)頻譜主要是1X頻，其他頻率成分較少，由此排除油膜渦動(dòng)／振蕩、轉(zhuǎn)子與固定部件之間摩擦、基礎(chǔ)松動(dòng)、軸承工作不良 （間隙、緊力、接觸、搖擺、油檔等）、對(duì)中不良等因素。

排除上述因素后，引起空壓機(jī)高壓缸軸振值高的可能原因還有：①轉(zhuǎn)子不平衡，引起基頻振動(dòng)，徑向水平和垂直兩個(gè)方向的振幅同時(shí)加大；②高壓缸兩端軸端汽封凹渦內(nèi)油泥和結(jié)垢較多，導(dǎo)致氣流激蕩；③二段爐吹灰方案不嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成影響；④二段段間冷卻器 （101-JC2）浮頭側(cè)積水較多，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行造成影響；⑤ 第1次更換的備用轉(zhuǎn)子，其自身高速動(dòng)平衡方面存在問(wèn)題。

再結(jié)合轉(zhuǎn)子返廠檢修后的情況來(lái)看，我們認(rèn)為空壓機(jī)高壓缸軸振動(dòng)異常的主要原因是：冬季長(zhǎng)停期間和開(kāi)車過(guò)程中轉(zhuǎn)子被污染結(jié)垢，引起轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡，而轉(zhuǎn)子上的附著物 （鐵銹顆粒）并不是很牢固且不均勻，造成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)。

5 事故教訓(xùn)和整改建議

5.1 事故教訓(xùn)

（1）對(duì)出現(xiàn)的新問(wèn)題，我們?nèi)狈η罢靶缘乃伎技案倪M(jìn)。例如：如何對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)的碳鋼管道、分離器、換熱器進(jìn)行保護(hù)，使空壓機(jī)系統(tǒng)始終在氮?dú)獗Ｗo(hù)之下不生銹，這需要后期進(jìn)行一些改造；在不進(jìn)行改造的情況下，需要探究如何預(yù)防空壓機(jī)系統(tǒng)管線、分離器、換熱器的結(jié)垢、生銹問(wèn)題。

（2）工藝方案不嚴(yán)謹(jǐn)，現(xiàn)場(chǎng)操作細(xì)節(jié)和關(guān)鍵操作步驟掌控不足。如二段爐吹灰方案，必須加以改進(jìn)。

（3）關(guān)鍵零部件委外維修時(shí)駐廠監(jiān)造和質(zhì)量確認(rèn)不到位。

（4）本次更換轉(zhuǎn)子過(guò)程中，可能存在因輪轂和聯(lián)軸器未配套使用而引起的轉(zhuǎn)子不平衡問(wèn)題；另外，日常在聯(lián)軸器、緊固螺栓等細(xì)節(jié)管理方面存在重視不足等問(wèn)題。

5.2 整改建議

（1）優(yōu)化空壓機(jī)檢修后的試車思路。在現(xiàn)有吹灰流程下，當(dāng)機(jī)組檢修好以后，將機(jī)組試機(jī)到額定轉(zhuǎn)速，以鑒定檢修質(zhì)量。

（2）開(kāi)展空壓機(jī)附屬設(shè)備防腐研究工作，選擇合適的空壓機(jī)附屬設(shè)備內(nèi)防腐技術(shù)，并進(jìn)行局部試驗(yàn)，成熟后擇機(jī)實(shí)施。

（3）加強(qiáng)開(kāi)車過(guò)程的監(jiān)督和檢查，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)操作細(xì)節(jié)管理，嚴(yán)格操作變動(dòng)管理。

（4）專題深入研究裝置長(zhǎng)停機(jī)組系統(tǒng)的保護(hù)問(wèn)題。

（5）空壓機(jī)段間冷卻器浮頭側(cè)排放管線增設(shè)疏水器，以便及時(shí)排出工藝空氣中的水。