原料气压缩机的故障诊断分析

2015-04-10郭晓宁

机械工程师 2015年8期

关键词：化肥厂汽轮机压缩机

郭晓宁

（大庆石化公司物资供应中心，黑龙江大床 163714）

原料气压缩机的故障诊断分析

郭晓宁

（大庆石化公司物资供应中心，黑龙江大床 163714）

针对某石化公司化肥厂合成装置原料气压缩机的故障，介绍了状态信号的采集、故障特征的提取、维修决策形成、技术状态识别，以及诊断分析的具体过程。

原料气压缩机；诊断分析；诊断意见

0 引言

机械设备发生故障是不可避免的事，任何一个机械设备，工作中由于疲劳损伤、磨损、腐蚀以及操作不当均会产生故障，这些故障将会使机械不能处于正常工作状态，甚至丧失工作能力，严重的会造成巨大经济损失。对于会造成人员伤亡和严重社会后果的故障应尽可能加以避免。另外，当机械设备的运转出现一些不正常现象时，应能及时发现加以排除，防止故障发生。而一旦故障发生后则应尽可能快地准确诊断，快速修复，使损失降为最小。要达到以上各点，必须依赖于故障诊断技术的发展及其水平的提高。下面以某设备故障为例进行诊断分析。

某石化公司化肥厂合成装置原料气压缩机，其作用是把压力为0.41 MPa的天然气加压到4.31 MPa，然后送入工艺系统，作为转化用原料天然气。该机组由驱动汽轮机、压缩机低压缸和压缩机高压缸等3部分组成，机组安装在同一个机座上。机组装有调节、保安系统，机组的润滑、密封、调速油共有一套油系统，汽轮机排汽进入表面冷凝器。压缩机低、高压缸均为双层缸结构。低压缸为水平剖分；高压缸内缸水平剖分，外缸为圆筒形。低压缸和高压缸均为9级压缩，叶轮均为闭式叶轮并由铣焊制成。低压缸的叶轮和平衡盘，通过键过盈与主轴固定，高压缸则采用无大过盈配合。轴端密封为机械密封，内密封为软密封。轴的驱动端均采用无键的液压装配式齿式联轴器，径向轴承均为可倾瓦块式滑动轴承，止推轴承均为金斯伯雷型。汽轮机为上排汽冷凝式多级冲动式中压汽轮机，转子为整锻转子，共7级叶轮，其中前5级叶片采用T型叶根，后2级叶片采用球形叶根，轴承采用五油楔可倾瓦块式滑动轴承和单侧金斯伯雷型止推轴承。

1 设备主要机组状态图械

状态图如图1所示。

2 状态信号的采集

状态信号是机械设备异常或故障信息的载体，选用一定的检测方法和检测系统采集最能表征诊断对象工作状态的信号，是故障诊断技术实施过程中不可缺少的环节。能够真实、充分地采集到足够数量、客观反映诊断对象状况的状态信号，是故障诊断能够成功的关键。否则，其后的各个环节功能再完善也将是无效的。

图1 机组状态图

3 故障特征的提取

对于所采集到的表征诊断对象运行中的原始状态信号称为初始模式。因初始模式中的故障信息混杂在大量的背景噪声中，为提高诊断的灵敏度和可靠性，必须采用信号处理技术，在状态信号中排除噪声干扰的影响，提取有用的故障信息，以突出故障特征。因此，故障特征提取就是将初始模式向进行维数压缩、形式变换、排除或消弱噪声干扰、保留或增强有用信号、精化故障特征信息的过程，由此而形成待检模式。

4 维修决策形成

在现代化的诊断技术中，为完成上述诊断实施过程，必须采用建立在计算机技术基础上的高度自动化、智能化的装置。目前，各种高效、可靠、适用、方便的监测和诊断系统已进入实用阶段，而其中以微机为主体的诊断系统正逐渐成为精密诊断技术中的主导形成。

5 技术状态识别

故障诊断是一个典型的模式识别过程，而诊断文档库中的各种故障样板模式就是进行技术状态识别的基础。所谓技术状态识别，是指将待检模式与诊断文档库中的样板模式进行对比，并将待检模式归属到某一已知的样板模式中去的过程。由此便可判定诊断对象所处的状态模式是否正常，并预测其可靠性和状态的发展趋势。

6 诊断分析

1）设备机组运行情况。与前一时期相比，该机组运行中振动波动增大，在某天下午14：52时2瓦振动最大上涨到123μm。波动范围32～123μm。2瓦水平振动16：45时之后振动一直超标，振幅基本在80～90μm之间。之后振动的报警值修正为：黄灯2.0米尔，50μm；红灯3.0米尔，75μm。

2）测振点测试分析图如下。

a.某石化化肥厂102J-2H振动幅值历史趋势图，如图2所示。

b.某石化化肥厂102J-2H频谱图（2009-07-17 14：52：09），如图 3 所示。

c.某石化化肥厂102J-2H频谱图（2009-07-17 20：15：40），如图 4 所示。

d.某石化化肥厂102J-2H/2V轴心轨迹图，如图5所示。

图2 2H振动振幅历史趋势图

图3 2H当前幅值谱图

图4 2H当前幅值谱图

图5 2H/2V当前轴心轨迹图

3）检测技术人员诊断意见。

比较频谱图，从轴相对振动信号中可见：振幅大时半频幅值明显并增大；振幅小时半频幅值几乎没有；通频振幅123μm时，一倍频44μm，半频89.1μm，通频振幅32μm时，一倍频25.9μm，半频几乎没有。还可以看到轴心轨迹在振幅大时是双环形。在类似的状态下我们在机组壳体轴承座测得的绝对振动速度信号中，也可以明显看到频谱中存在明显的半频分量。

从频谱图和振动趋势上看，机组的汽轮机振动存在波动现象，存在2瓦间隙增大问题，且日常磨损分析时油中金属磨粒增加，说明2瓦在数月运行中，在初始瓦间隙较大的基础上，间隙又进一步增大，因此，在汽轮机转子系统受到干扰时振动就明显增大。

另外，该汽轮机转子系统动力学特性，存在在某一转速区间振动较高的问题，也是影响机组振动的因素，这个特性主要与转速相关。

4）检测技术人员维修建议：a.尽量保证系统平稳；b.注意瓦温，适当调整油温；c.准备好瓦间隙稍小些的轴瓦，条件允许时换瓦。