加氢装置循环氢压缩机叶轮裂纹故障诊断分析

1.机组信息

该机组由汽轮机驱动，压缩机为垂直剖分式离心压缩机，一段压缩共8级叶轮，介质为循环氢气。压缩机额定 功率为2904KW，额定转速为9513r/min，额定流量为5000Nm3/min，进口压力为11MPa（A），出口压力为 13.4MPa（A）。该机组于2013年在现场投入运行，其作用是通过增加氢气的压力，确保反应器内氢气的浓度保持 在最佳水平，以促进反应的进行。

图1 循环氢压缩机组总貌图

2.故障现象 

该机组于2023年7月检修后重新启机运行，正常运行时压缩机联端侧两通道振动幅值保持在15μm以下，非联端 侧两通道振动幅值分别在15μm和30μm左右，单通道幅值相对较高，分析与轴承支撑状态有关，但总体趋势始终较 为平稳。评估机组处于安全状态，可以正常运行。 但自2024年9月2日起，压缩机非联端侧振动呈小幅持续上涨现象，特别是X通道，幅值由30μm左右持续 爬升，至9月5日幅值最高达到38.6μm，累计上涨达8μm左右。同一时间段内，其它三个通道幅值小幅同步变 化，但量级相对较小。

图2 压缩机振动趋势图（9月1日-9月5日）

3.分析过程 

针对该压缩机出现的振动上涨现象，沈鼓云远程服务工程师第一时间为用户做异常预警，并展开分析。 经查看各通道GAP电压趋势及波形频谱图，首先判断压缩机出现的振动上涨现象为机组真实表现，可排除传感 器仪表异常方面的因素。 进一步查看状态监测相关图谱，在振动的分频趋势中，幅值变化主要以1倍频增加为主，在该时间段内X通道1 倍频幅值由23μm左右上涨至30μm，上涨幅度与通频值相近，2倍频等其它频率成分幅值变化很小。

图3 压缩机1X幅值趋势

在1倍频相位趋势图中，该时间段内压缩机各通道1倍频相位趋势也发生了同步改变，其中1倍频相位角度变化 最大的达到了70°左右，变化量最小的通道也接近10°。

表1 压缩机振动持续上涨期间各通道1X幅值和1X相位。

图4 压缩机1X相位趋势图

进一步查看该机组运行时的其它相关监测参数，在同一时间段内，压缩机两端支撑轴承温度均保持在65°C以 下，仅随润滑油温度调整同步小幅变化。而在振动幅值上涨期间，该机组工艺方面未做大幅调整，汽轮机振动幅 值始终不高，各相关参数趋势均比较平稳。

图5 压缩机支撑轴承温度趋势

结合振动相关图谱特征，初步分析导致压缩机振动异常上涨的原因为转子的平衡性发生了改变。根据工艺特 点，推测最有可能为压缩机转子叶轮出现了结垢现象，导致平衡性的变化。 但机组运行至9月6日11:48:47时，压缩机四通道振动突然出现一次较大幅度跳变现象，幅值最高达到73μm，后 续又持续回落至45μm。

图6 压缩机振动趋势图（9月6日）

在振动幅值出现跳变上涨时刻，其时域波形图中出现了波形幅值瞬间放大的现象，此表征在瞬时转子平衡性发 生了突变。根据我们以往经验，压缩机转子叶轮结焦或者焦垢层脱落一般不会引起波形的畸变。对于压缩机，导致 突发性不平衡的原因一般包括转子叶轮的损伤、断裂或者异物进入卡涩在叶轮处。

图7 跳变时刻压缩机波形频谱图

查看振动幅值跳变时刻各通道的1X相位角度趋势，在振动突变时刻，各通道1X相位角度也发生了明显变化，但 波动恢复后1倍频相位角度基本可恢复至原数值。由此判断压缩机转子叶轮暂未出现断叶片方面的问题，但不排除异 物进入及转子叶轮裂纹方面问题。鉴于问题比较严重，建议尽早停机对压缩机进行拆解检查。

表2 压缩机振动跳变前后各通道1X幅值和1X相位。

图8 跳变时刻压缩机1倍频相位趋势图

2024年9月7日期间，压缩机四通道振动幅值又出现两次振动跳变现象，幅值最高均达到70μm左右，波形频 谱、1倍频相位等图谱特征与9月6日波动时基本一致。后续用户将运行转速由7200r/min降低至6500r/min，但 振动幅值并未随之同步降低，仍呈持续爬升现象。

图9 压缩机振动异常时间段内振动随转速趋势图

4.分析结论

分析该压缩机转子出现了平衡性突变类故障，导致此问题的原因可能为异物（过滤网、除沫网等）吸入或转子 叶轮出现了裂纹类故障，鉴于振动呈持续爬升现象，推测叶轮裂纹的可能性更大些。 鉴于振动多次出现跳变且呈持续上涨趋势，强烈建议用户对机组进行停机检修检查。经与用户电话沟通和会议 讨论后，用户最终决定停机检查。

5.故障验证与处理

9月8日20:00左右机组停机，用户连夜对压缩机前端过滤器及除沫器等进行了检查，未发现明显破损，故决定 进一步拆解压缩机。拆解后发现压缩机首级叶轮处存在贯通性裂纹，随时存在断裂脱落的风险。

转子送至制造厂做进一步检查处理。经设计核算最终去掉首级叶轮，经动平衡后，返回用户现场回装。9月12日 6:00机组重新启机运行，压缩机各通道振动幅值降低至20μm以下，重新保持平稳。从停机到重新运行投入生产，该问 题仅用不到4天时间就得以解决，且未造成严重后果。

图10 重新运行后压缩机振动趋势图

结语： 

通过因思云在线监测系统对机组运行状态的实时监测，服务工程师第一时间发现了设备存在的异常，并结合工 程师的专业知识和经验，精准的诊断出压缩机存在的故障。针对故障类型，准确的评估了故障的严重程度，并建议 用户及时停机，避免了对设备造成更严重的损伤。由于提前预判且做好了相关检修准备，大大缩短了检修时间，从 而最大程度上避免了用户的经济损失。 这一案例充分体现了在线监测与故障诊断技术在炼油化工设备管理中的重要性。通过有效的监测和及时的响 应，企业能够实现风险控制，保障设备的安全运行，从而维护生产的连续性和经济效益。这不仅为企业带来 了直接的经济利益，也为未来的设备管理提供了宝贵的经验教训，推动了行业的持续发展与进步。