壓縮機(jī)異常喘振原因分析及有效對(duì)策

1、壓縮機(jī)異常喘振原因分析及有效對(duì)策1、引言 在多年對(duì)電力、冶金、石油化工、煤化工、油田、航空等行業(yè)軸流式壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)的 狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷工作中，發(fā)現(xiàn)不論是新投產(chǎn)的機(jī)組、還是運(yùn)行多年的機(jī)組，都由于各種 不同原因引起喘振或旋轉(zhuǎn)分離，經(jīng)?？吹揭?yàn)榇駟栴}造成機(jī)組振動(dòng)過大，聯(lián)鎖停機(jī)、推力 瓦磨損、徑向瓦磨損、葉輪開裂、葉片斷裂、部件磨損、管線開裂等等問題，引起問題的原 因很多，本文列舉了13 種，并給出7 種典型喘振原因案例，包括相應(yīng)對(duì)策和效果，案例和 方法基本都是筆者獨(dú)創(chuàng)和首次提出應(yīng)用的，沒有資料可以參考和借鑒，而應(yīng)用效果驗(yàn)證了解 決問題方法的正確性。同時(shí)本文提出一點(diǎn)設(shè)想。2、旋轉(zhuǎn)分離與喘振常

2、見的與不常見的原因 對(duì)于離心與軸流式壓縮機(jī)，由于入口流量低于性能曲線對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速下的流量，因?yàn)槿~片入口 安裝角的微小誤差，會(huì)在某只或某幾只葉片的非工作面發(fā)生邊界層分離，并且沿著旋轉(zhuǎn)方向 依次發(fā)生，故稱為：旋轉(zhuǎn)分離，當(dāng)流量進(jìn)一步降低，旋轉(zhuǎn)分離在所有流道和整級(jí)、整機(jī)發(fā)生， 并和出口罐及管系聯(lián)合作用，就會(huì)發(fā)展成喘振；造成喘振的物理機(jī)理很簡單，而對(duì)于一起起 發(fā)生在具體機(jī)組上的喘振故障，所引起喘振的具體原因，卻是形形色色、各種不同的存在。 比如發(fā)生在西南地區(qū)某石化乙烯氣透平壓縮機(jī)進(jìn)口管線、或出口管線、及機(jī)內(nèi)通流截面局部 堵塞引起的， 發(fā)生在中油遼寧某石化的乙烯氣離心壓縮機(jī)組的喘振是防喘系統(tǒng)控制邏輯問題造成

3、，每天損 失產(chǎn)值過億圓， 中石化武漢中韓石化開工過程中乙烯氣透平壓縮機(jī)組喘振是由于入口罐引液不足問題造成， 損壞了干氣密封； 中油東北某石化空分裝置透平壓縮機(jī)的喘振是因?yàn)榄h(huán)境濕度過大造成； 山東某石化丙烯氣透平壓縮機(jī)喘振是入口氣體溫度過低造成的； 華能公司某電廠的多軸式離心壓縮機(jī)引起的喘振是環(huán)境粉塵造成的，造成機(jī)組無法運(yùn)行； 神華某煤化工企業(yè)甲醇?xì)馔钙綁嚎s機(jī)喘振是工藝系統(tǒng)反應(yīng)收率低引起的，每年損失1.8億圓； 西南某石化丙烯氣循環(huán)壓縮機(jī)喘振是機(jī)后換熱器管束粘結(jié)物料問題引起的； 東北某石化甲烷氣透平壓縮機(jī)喘振是降速過程轉(zhuǎn)速與流量不匹配問題引起的， 中海油某石化透平壓縮機(jī)喘振是現(xiàn)場沒有進(jìn)行實(shí)際氣體

4、防喘標(biāo)定造成的， 東北某石化焦化裝置透平壓縮機(jī)喘振是選型過大引起， 中油、中石化多臺(tái)新比隆二氧化碳透平壓縮機(jī)喘振是設(shè)計(jì)問題造成的， 西北某煤化工企業(yè)透平壓縮機(jī)喘振是改造問題引起的，等等。3、引起喘振的 7種原因及解決方案和效果驗(yàn)證因?yàn)槠P(guān)系，上述13 種引起喘振原因及解決辦法不能全部列出，這里僅通過近幾年完成 的 7 個(gè)效益顯著的案例，介紹引起喘振的不同原因的解決方案；3.1、案例 1 中油遼寧某石化防喘系統(tǒng)控制邏輯問題造成的乙烯氣離心壓縮機(jī)組 的喘振案例該機(jī)組2012年10 月與80萬噸乙烯裝置同步投產(chǎn)運(yùn)行，剛剛投入正常生產(chǎn)，突然出現(xiàn)因?yàn)?振動(dòng)過大，聯(lián)鎖停機(jī)的問題，每天一到三次振動(dòng)過大聯(lián)鎖

5、停機(jī)，我們利用機(jī)組的互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程 在線監(jiān)測系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行了遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷分析， 根據(jù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析，立即給出書面分析報(bào)告，振動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)原因是屬于喘振引起的；但是數(shù) 次發(fā)出書面診斷報(bào)告后，現(xiàn)場采取相應(yīng)措施后，喘振一直沒有得到抑制。每停機(jī)一次就會(huì)損 失 1 仟多萬元的乙烯氣原料，每天停機(jī)兩次就會(huì)造成一億多圓人民幣的產(chǎn)值損失，面臨著嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保等社會(huì)效益問題。急生產(chǎn)所急，立即趕到現(xiàn)場，進(jìn)一步解決問題?，F(xiàn)場 調(diào)取在線監(jiān)測系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，確認(rèn)故障性質(zhì)與遠(yuǎn)程診斷一致。然后在控制室調(diào)取DCS數(shù)據(jù)， 發(fā)現(xiàn)機(jī)組發(fā)生喘振時(shí)，控制系統(tǒng)中的防喘控制系統(tǒng)，已經(jīng)動(dòng)作，防喘系統(tǒng)執(zhí)行了降速、提流 量控制程序，但是我們根據(jù)歷史流

6、量趨勢曲線、降速趨勢曲線、聯(lián)鎖停機(jī)時(shí)間點(diǎn)等數(shù)據(jù)綜合 分析，防喘控制系統(tǒng)程序的邏輯存在問題，不適合該機(jī)組。于是我們與壓縮機(jī)控制系統(tǒng)提供 商 3C 公司進(jìn)行了溝通，立即修改了防喘控制邏輯參數(shù)，此后再?zèng)]有因此造成喘振停機(jī)問題， 為企業(yè)贏取了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益！由此改變了一個(gè)日產(chǎn)值過億圓的大型化工裝置開 工過程的命運(yùn)。um3HVI 1693M*S2O12-10-2905: 00:36. 614BumfumiriVVIDO- 27 3177um|K-1650（歷史轉(zhuǎn)速甜射圉）um3HVI 1693M*S2O12-10-2905: 00:36. 614BumfumiriVVIDO- 27 3177u

7、m|K-1650（歷史轉(zhuǎn)速甜射圉） 二一 .05；W：17加曲凸的;(W胡05:0032M:dS,3600040452012-1029卻14釧苗翌_ 曲VI価羽 41-1 V11陰理 4V VI 1631案例 2 中石化武漢中韓石化開工過程中由于入口罐引液不足問題造成乙烯 氣透平壓縮機(jī)組喘振案例2013 年7月，中石化武漢中韓石化開工，年產(chǎn)80萬噸乙烯裝置的乙烯氣透平壓縮機(jī)組投入 運(yùn)行，開機(jī)時(shí)間不長，帶負(fù)荷運(yùn)行了數(shù)分鐘，發(fā)生了多次振動(dòng)過大現(xiàn)象，只好停機(jī)分析原因。 當(dāng)時(shí)指揮開工的企業(yè)副總經(jīng)理，在機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)時(shí)，他恰好位于單向閥附近，感覺單向 閥振動(dòng)非常大，建議拆檢單向閥，其他人沒有異議，最后

8、設(shè)備監(jiān)測診斷人員，根據(jù)在線監(jiān)測 系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和圖譜，分析認(rèn)為機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)不是單向閥的問題，例如，振動(dòng)信號(hào)中 20Hz 的低頻分量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)頻分量等跡象，說明機(jī)組發(fā)生了喘振！此時(shí)自控專業(yè)開工領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為： 防喘系統(tǒng)調(diào)試得非常正常，不會(huì)喘振；我們認(rèn)為：防喘系統(tǒng)正常并不能完全防止喘振，關(guān)鍵 是要有足夠的體積流量，就如同人餓了，僅僅張開嘴，并不解決饑餓問題，必須有食物進(jìn)入 口中并咽下，才起作用！此時(shí)工藝專業(yè)開工專家指出：主機(jī)廠負(fù)責(zé)人擔(dān)心降溫太快造成轉(zhuǎn)子 彎曲，不允許操作人員引足夠介質(zhì)液進(jìn)入入口緩沖罐；證實(shí)了引起喘振的原因是機(jī)組入口流 量不足，防喘系統(tǒng)也無法真正發(fā)揮作用。第二天發(fā)現(xiàn)干氣密封及動(dòng)環(huán)已經(jīng)由于喘

9、振過大而損 壞！現(xiàn)場無法修復(fù)，返廠修復(fù)。案例 3 神華某煤化工企業(yè)因?yàn)楣に囅到y(tǒng)反應(yīng)收率問題引起的甲醇?xì)馔钙綁?縮機(jī)喘振案例2015 年 4 月，神華某煤化工企業(yè)的甲醇?xì)馔钙綁嚎s機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)過大問題，無法滿負(fù)荷運(yùn) 行，只能帶50%負(fù)荷運(yùn)行，造成每天派出30 臺(tái)大罐車長途運(yùn)回甲醇，滿足后續(xù)生產(chǎn)，每年 經(jīng)濟(jì)損失1.8 億人民幣，同時(shí)還存在極大的安全環(huán)保隱患！我們應(yīng)邀去分析原因和解決問題。 初步的信息是：機(jī)組一加負(fù)荷就會(huì)振動(dòng)過大停機(jī)。我們對(duì)該機(jī)組不同轉(zhuǎn)速工況的振動(dòng)信號(hào)進(jìn) 行了分別采集分析， 現(xiàn)場實(shí)際情況是，一臺(tái)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)離心壓縮機(jī)，壓縮機(jī)一個(gè)缸內(nèi)一根轉(zhuǎn)子分為兩段：合 成段，壓縮輸送新鮮甲醇?xì)怏w、循

10、環(huán)段，壓縮輸送反應(yīng)塔內(nèi)反應(yīng)后剩余的甲醇?xì)怏w，工藝包 設(shè)計(jì)為合成段+循環(huán)段總流量，在同一工況下為常數(shù)，我們監(jiān)測到的數(shù)據(jù)說明，轉(zhuǎn)速即負(fù)荷 一提高合成段就會(huì)發(fā)生喘振，因?yàn)樨?fù)荷一旦提高，來自合成反應(yīng)塔的循環(huán)段氣體流量就增加， 合成段流量就會(huì)隨之下降，造成合成段發(fā)生喘振。這種狀況下負(fù)荷需要增大，循環(huán)段需要提 流量增速，而為了保證系統(tǒng)的總流量，合成段需要降低流量及降速，汽輪機(jī)只有一臺(tái)，壓縮 機(jī)轉(zhuǎn)子只有一根，不可能循環(huán)段升速、合成段降速；企圖在機(jī)組本體上解決喘振問題是不可 能的！于是我們想到一個(gè)降低循環(huán)段流量的辦法，循環(huán)段流量能降低，合成段流量就可以提 高，也就能消除喘振問題！據(jù)此我們向企業(yè)提出提高合成反應(yīng)

11、塔收率即提高反應(yīng)塔內(nèi)溫度的 辦法，第一步提高10C，神華包頭煤化工企業(yè)人員立即咨詢國外的反應(yīng)塔生產(chǎn)商，外商回 復(fù)是：合成反應(yīng)塔可以提高10 C。我們在現(xiàn)場立即出具分析書面診斷報(bào)告，給出診斷結(jié)論 和解決方案；結(jié)論： 1、通過升降速排除油膜渦動(dòng)和油膜震蕩問題；2、振動(dòng)過大屬于因合成 段流量過小、循環(huán)段流量過大，造成的合成段旋轉(zhuǎn)分離和喘振問題；建議： 1、合成反應(yīng)塔 溫度提高10C； 2、盡量保證合成段質(zhì)量流量約在300T/H （根據(jù)組成略作調(diào)整），循環(huán)段盡 量保證流量在額定流量。企業(yè)采用我們的措施后，負(fù)荷提高到95%以上。企業(yè)再也不需要每 天 30 臺(tái)大罐車長途運(yùn)回甲醇啦！每年可節(jié)省1.8 億圓人

12、民幣，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì) 效益。案例 4 西南某石化因?yàn)闄C(jī)后換熱器管束粘結(jié)物料引起的離心壓縮機(jī)喘振案 例2018 年 3月 5日 8:40到 9：30，該企業(yè)一臺(tái)丙烯氣循環(huán)離心壓縮機(jī)，突然出現(xiàn)異常振動(dòng)， 軸振動(dòng)峰峰值達(dá)到85 微米以上，該壓縮機(jī)軸振動(dòng)報(bào)警值60微米、聯(lián)鎖停機(jī)值80微米，轉(zhuǎn) 速 999 轉(zhuǎn) / 分，之前多年運(yùn)行時(shí)正常軸振動(dòng)峰峰值 20-35 微米之間，振幅正常時(shí)頻譜中主要 是轉(zhuǎn)頻分量，頻率16.54Hz、幅值22.4微米，而振動(dòng)增大時(shí)，僅可明顯見到15Hz分量、幅 值達(dá)到 51.9 微米，高于正常時(shí)的通頻振幅。我們快速排除其他不可能原因，認(rèn)為該壓縮機(jī)發(fā)生了喘振，在再次出現(xiàn)過

13、大振動(dòng)之前，我們 向客戶提交了分析診斷結(jié)論：機(jī)組因?yàn)轶w積流量過小發(fā)生了喘振；原因是介質(zhì)入口溫度偏低、 并且機(jī)組氣流通流系統(tǒng)通流截面存在減小問題。確認(rèn)該機(jī)組振動(dòng)原因的難點(diǎn)在于，出現(xiàn)振動(dòng) 變化前后，見圖（5），頻率之比是15Hz（異常頻率）/16.5Hz（轉(zhuǎn)頻）=0.91倍頻，這種情況下， 下喘振的結(jié)論，受到國內(nèi)外設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷專業(yè)書籍、資料、案例的約束！國內(nèi)外 資料、書籍，給出的喘振頻率及旋轉(zhuǎn)分離頻率都在0.8 倍頻之下，那么這起喘振案例的0.91 倍頻，屬于史上少見、顛覆傳統(tǒng)的存在。我們認(rèn)真全面分析之后，沖破約束、打破現(xiàn)有資料 的條條框框，從故障機(jī)理與離心壓縮機(jī)的氣動(dòng)熱力分析原理的角度

14、大膽給出結(jié)論， 3 月 12 日再次從技術(shù)角度與業(yè)主溝通，達(dá)成共識(shí)，決定進(jìn)一步查清引起罕見喘振的原因。3 月 16 日停機(jī)，全面檢查壓縮機(jī)通流系統(tǒng)：閥門、管線、機(jī)后冷卻器等部位，檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組的列管 式后冷卻器的管束被物料堵塞、反應(yīng)器內(nèi)大量結(jié)塊物料堵塞流道，驗(yàn)證了我們的結(jié)論。祀!紳耐-|WiA/祀!紳耐-|WiA/血 vWuWUAMaW0AAA/v：QlWVW*4I *4I 案例 5中油、中石化多臺(tái)透平壓縮機(jī)因?yàn)樵O(shè)計(jì)問題引起的喘振案例 前些年，中石油、中石化等從國外引進(jìn)的十三套大化肥裝置，其中關(guān)鍵的五大機(jī)組中的二氧 化碳透平壓縮機(jī)，機(jī)組是由一臺(tái)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的低壓缸、再連接增速箱驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的高

15、 壓缸，高壓缸工作轉(zhuǎn)速13900-15000轉(zhuǎn)/分，出口壓力150kg/cm2，均由意大利新比隆壓縮 機(jī)公司設(shè)計(jì)制造（之前是美國的技術(shù)）。在對(duì)該機(jī)組進(jìn)行長達(dá)二十多年的離線與在線監(jiān)測過 程中，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)組無論在任何工況下運(yùn)行，都避不開輕度的喘振即旋轉(zhuǎn)分離狀態(tài)，在任何 工況下監(jiān)測機(jī)組高壓缸的振動(dòng)信號(hào)中都存在0.75倍頻的分量，轉(zhuǎn)頻231.8Hz,同時(shí)始終存在 一個(gè)低頻 170.835Hz， 170.835/231.8=0.74 倍頻。我們對(duì)該機(jī)組高壓缸的額定流量、壓力、級(jí)數(shù)、效率、壓比分配等，采用流道法進(jìn)行了氣動(dòng)熱力校核，模擬現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境，得出結(jié)果是，在該機(jī)高壓缸的特定介質(zhì)、流量、壓力等參數(shù) 下，

16、常規(guī)設(shè)計(jì)方法，試圖保證運(yùn)行時(shí)不發(fā)生輕度喘振即旋轉(zhuǎn)分離是很難做到的。三期妁M 11.0115:3439陽主澹標(biāo)如了引11. Im2&20了41S. 5,f. 6妣6.40Z5. 4. 611032Li1?J100三期妁M 11.0115:3439陽主澹標(biāo)如了引11. Im2&20了41S. 5,f. 6妣6.40Z5. 4. 611032Li1?J1002004007008Q0 9麗 10001035丙烯壓縮機(jī)1160VIAEQ2X （通頻趨勢圖）】阿!：00朋dwjaa：D0.M羽財(cái)曲硼100X)0.0002(kon：.wi4M-OC丙烯壓縮機(jī)1160VIAEQ2X （通頻趨勢圖）】阿!：00

17、朋dwjaa：D0.M羽財(cái)曲硼100X)0.0002(kon：.wi4M-OC：O0jOCOUM生畀.(NW J2：ODXNJ.OOO 20ie-12-時(shí)間0:457.000dm 2aiB12/30 4創(chuàng)沖9恥7主衢標(biāo)QH工，Dum丙1 VI AB02X （歷史頻譜劇 51我岸3Q.620沖血ma59Hz1QOO1240Hzj案例 6某煤化工企業(yè)因?yàn)楦脑煲鸬拇癜咐?這是一臺(tái)煤化工企業(yè)的丙烯氣透平壓縮機(jī)組，額定轉(zhuǎn)速3618轉(zhuǎn)/分，工作轉(zhuǎn)速3455轉(zhuǎn)/分， 6級(jí)5段。2018年該壓縮機(jī)投入使用后流量和壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的需求；為此進(jìn)行改造， 增加了1級(jí)葉輪的直徑及隔板尺寸，以及3、4級(jí)的隔板

18、幾何尺寸。改造后運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)軸振 動(dòng)增大HS:45:37.M lDDdOO.OaQ lODzN.Oaa 201B-12-2!9anbi wyiaboy軸振動(dòng)報(bào)警值63.5微米，實(shí)際振幅達(dá)到88.7微米以上，并且振動(dòng)信號(hào)中出現(xiàn)了之前不存在的 29Hz 分量，而且幅值明顯大于 59Hz 的轉(zhuǎn)頻分量幅值，同時(shí)壓縮機(jī)的軸位移值也出現(xiàn) 30 微米以上的振幅波動(dòng)，我們分析認(rèn)為振動(dòng)過大的原因是，壓縮機(jī)流道改造時(shí)，一級(jí)葉輪直徑 的設(shè)計(jì)尺寸過大，工藝系統(tǒng)工況的實(shí)際體積流量，不能滿足葉輪改造后的體積流量，壓縮機(jī) 內(nèi)發(fā)生了喘振。我們建議優(yōu)化各段流量分配、適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速、提高機(jī)組防喘能力。案例 7某企業(yè)因?yàn)榄h(huán)境濕度引起的軸流+離心壓縮機(jī)喘振案例該機(jī)組是一臺(tái)工業(yè)汽輪機(jī)拖動(dòng)的軸流壓縮機(jī)+離心壓縮機(jī)，介質(zhì)是空氣，工作轉(zhuǎn)速 8100 轉(zhuǎn)/分，流量48000-49000M3/H。某年夏季，該壓縮機(jī)組突然出現(xiàn)振動(dòng)波動(dòng)，軸振動(dòng)波動(dòng)范 圍30 微米到60 微米，存在一定的規(guī)律，每天白天下午振動(dòng)增大，夜間振動(dòng)減小，生產(chǎn)工藝 參數(shù)沒有做任何調(diào)整。我們采集了機(jī)組不同振動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)白天振動(dòng)大通頻軸振幅峰 峰值60微米時(shí)，主要是45Hz的低頻分量增大，幅值超過工頻；夜間振動(dòng)小的時(shí)候通頻軸 振幅峰峰值 31微米時(shí)，譜圖中只有明顯的工頻分量幅值， 45Hz 的低頻分量幅值很低。見圖據(jù)此數(shù)據(jù)我們診斷分析，結(jié)論是：振動(dòng)波動(dòng)是因?yàn)?/p>