裂解气压缩机因螺杆弯曲致振动异常故障分析

1.机组信息

该裂解气压缩机由汽轮机驱动，压缩机为螺杆式压缩机，分为I级压缩机和II级压缩机。汽轮机额定转速为 7000r/min，额定功率为3515KW；压缩机阳转子额定转速为3422r/min，阴转子额定转速为2281/min，压缩机 需求功率为3445KW。

图1 机组总貌图

 2.故障现象

裂解气机组在正常运行过程中，自2024年7月18日起，II级压缩机阴转子出口端两通道振动幅值出现了同步上 涨趋势，为现场预警后，现场虽采取降转速、降负荷、调整润滑油温度等方式进行调整，但振动幅值无明显下降趋 势，幅值由之前的30μm左右持续上涨，最大达到70μm左右。7月21日凌晨1:11分现场不得不甩负荷停车。

而在此期间，II级压缩机阴转子入口侧两通道振动幅值始终较为平稳，II级阳转子四个通道振动幅值也无明显上 涨趋势，仅随调整同步小幅变化。

图2 II级压缩机阴转子趋势图

图3 II级压缩机阳转子振动趋势图

3.机组异常分析及处理过程

查看II级阴转子各通道GAP电压趋势图，数值均在其线性区间内。长周期看总体趋势也较为平稳。结合波形频 谱图形态，判断出口侧两通道振动幅值上涨为真实信号，可排除传感器仪表异常方面因素。

图4 II级压缩机阴转子GAP电压趋势图

对比振动上涨前和振动上涨过程中的波形频谱图，上涨前频率分布主要以1X（7.5μm）和阴转子螺杆频率6X （16μm）为主；振动上涨过程中，频率分布主要以1X（46μm）和2X（14μm）为主，阴转子螺杆通过频率6X降 低至5.2μm左右。因该螺杆压缩机组阴阳转子上均无键相，状态监测系统设置为无键固定，显示的倍频成分与实际 有偏差。

经对比振动上涨过程中不同时刻的波形频谱图，发现II级阴转子出口端两通道振动上涨的频率成分主要以1X和 2X幅值增加为主。

图5 振动上涨前后II级阴转子出口端波形频谱图对比

而对比同一时间段内II级压缩机阳转子的波形频谱图，频率分布始终以阳转子的1X、2X和螺杆通过频率4X成 分为主，在此过程中各频率成分分布及幅值变化均不大。 

第一次诊断结论： 综合上述图谱特征，分析导致II级阴转子出口端可能导致振动上涨的原因包括：（1）II级压缩机阴转子出口端 支撑轴承存在磨损损伤或轴承摆动不良，轴承瓦块表面积碳等现象。  

（2）II级压缩机阴转子平衡性发生变化，如转子螺杆处存在结焦、推力盘存在松动等影响转子平衡方面因素。  

2024年7月21日，现场组织对II级压缩机出口端盖进行拆解，但通过检查出口端阴转子的径向轴承、推力轴承、同 步齿轮等均未发现明显缺陷，复查各间隙同上次检修时的间隙无明显变化。

现场决定对II级压缩机进一步解体检查，解体后发现阴转子和缸体有明显摩擦痕迹。现场人员根据以往经验判 断为异物进入导致了转子和缸体摩擦，进而导致了出口端振动异常。

经讨论决定将II级压缩机的阴、阳转子外委进行检测和动平衡处理。

机组检修后分别于2024年7月27日10：15分，17:30分，18:30分和20:30四次启机运行。前两次启机分别因 工艺管道泄漏和工艺操作原因未完成全过程试车。第三次启机试运行时，在空负荷状态下，阴转子出口端两通道振 动起初随转速提升同步上涨。但在转速达到6800r/min（汽轮机转速）后，四通道幅值均降低至30μm以下。对应 的频谱图显示为主要以阴转子的1X和阴螺杆的通过频率6X为主，与之前状态正常时的图谱特征类似。 

现场操作人员将转速降低至4500rmin后开始带负荷运行。但刚带负荷后阴转子出口端两通道振动幅值又立即 大幅上涨，最高达到80μm左右。频谱图中显示频率分布主要以阴转子的1X和2X成分为主，与之前运行振动出现上 涨时的特征相一致。

图6 试运行时压缩机阴转子振动趋势图

图7 空负荷时阴转子出口端波形频谱图

图8 带负荷状态下波形频谱图（4500R/MIN）

随后现场停机后，又第四次尝试启机运行。在4500r/min空负荷运行时，阴转子出口端振动幅值最高在40μm 左右，带负荷后振动幅值快速上涨至72μm左右，且在后续运行时振动呈持续爬升现象，幅值最高甚至达到了120μ m左右。现场操作人员退负荷后，出口端振动幅值立即随之同步大幅降低。查看波形频谱图，其图谱特征与之前表 现基本一致，带负荷后仍主要以阴转子的1X和2X成分为主。

图9 试运行时压缩机阴转子振动趋势图

在机组第三次和第四次启机试运行过程中，发现II级压缩机阴转子的轴向振动幅值随负荷的大小变化也较为 敏感。带负荷后，轴向振动幅值随径向振动同步大幅上涨；退负荷后，轴向振动幅值也随之大幅下降。进一步查 看7月18日-21日机组振动上涨期间，阴转子的轴向振动幅值也有明显的同步上涨现象。且查看轴向振动的波形频 谱图，带负荷后同样表现为阴转子的1X和2X幅值成分占主导，幅值上涨也尤为明显。

图10 压缩机阴转子轴向振动趋势图

图11 带负荷后阴转子轴向振动波形频谱图

从机组检修后四次启机运行时的振动表现，分析II级压缩机振动异常的原因应与压缩机阴转子本身状态异常 有关。再结合检修时外委厂家对转子的跳动数据检测结果，阴转子出口端跳动值达到0.06mm，判断之前表现的 振动异常主要与阴转子出口端轴弯曲有关。

因机组无法正常带负荷运行，故建议用户更换备件转子。因备件转子已20年未投入使用，用户紧急将转子外 委检查和动平衡测试。处理好备件转子后，现场组织回装，要求严格按照技术要求调整、控制径向轴承、推力轴 承、同步齿轮、螺杆啮合间隙等各装配参数。机组于8月4日16:20重新组织启机，II级压缩机阴转子各通道振动 幅值稳定在25μm以下，阴转子轴向振动也表现正常，后续带负荷后各通道振动幅值也无明显变化。至此，该螺 杆压缩机振动异常问题得以解决。

总结： 

在对该机组事件的诊断分析过程中，由于之前缺乏针对螺杆压缩机故障分析的理论和经验，未能在第一次出 现振动异常时及时做出准确判断，从而有效帮助用户迅速排除问题，导致了后续的二次检修。虽然螺杆压缩机的 故障率相对较低，但其转子在长时间运行后未进行检测和动平衡，可能会导致潜在的振动问题未被及时发现。因 此，建立系统的故障分析理论和经验积累，以及定期对设备进行检测和维护，是确保设备稳定运行和延长使用寿 命的关键，建议在未来的维护中加强对螺杆压缩机的监测和动平衡检查。