王小平
（國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司烯烴一分公司，寧夏 靈武 750411）
我公司聚合裝置采用德國魯姆斯公司的NOVOLEN氣相法聚合工藝技術(shù)，裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為100萬噸／年聚丙烯顆粒，操作彈性為60%～110%，裝置共有4條生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)均聚物和抗沖共聚物和少數(shù)的無規(guī)共聚物，裝置的年操作時(shí)間，8000h，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)機(jī)組2年一大修的目標(biāo)。J4D375-3M載氣壓縮機(jī)設(shè)備運(yùn)行周期相對較短暫，連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月左右就出現(xiàn)了肉眼清晰可見的振動(dòng)現(xiàn)象，指派專人加強(qiáng)監(jiān)護(hù)運(yùn)行，4個(gè)月以后因振動(dòng)程度持續(xù)增加，需要停車處置，且會(huì)在每次檢修以后再次投運(yùn)一段時(shí)間也滋生出同樣的問題，不利于裝置的長久運(yùn)行。鑒于以上情況，應(yīng)全面探查壓縮機(jī)振動(dòng)問題的成因，最后認(rèn)為介質(zhì)中三乙基鋁結(jié)晶后出現(xiàn)的垢層附著在腔體上，打破活塞的動(dòng)態(tài)平衡是造成機(jī)組磨損、點(diǎn)蝕、振動(dòng)加劇的主要原因。
J4D375-3M型載氣壓縮機(jī)是立式往復(fù)式壓縮機(jī)，有3組氣缸及其內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，改變其內(nèi)部容積的壓縮機(jī)。活塞式壓縮機(jī)是容積型往復(fù)式壓縮機(jī)的一種，能滿足各種氣量的需求。壓縮機(jī)性能參數(shù)設(shè)計(jì)如下。
（1）選擇氣體丙烯、乙烯等作為介質(zhì)。
（2）最小、額定進(jìn)氣量分別為5000㎏/h、7500㎏/h。
（3）進(jìn)口壓力、溫度分別是60kPa、40℃；
出口壓力、溫度3.5MPa、120℃。
（4）最小、額定軸功率850kW、970kW。
載氣壓縮機(jī)初始開車或者檢查、維修以后開車，早期運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)均未見異常，振動(dòng)值約10μm，一般連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月左右后，振動(dòng)值增加到20μm，為規(guī)避因機(jī)組突然跳車造成聚合裝置停車，應(yīng)用臨時(shí)提升振動(dòng)報(bào)警數(shù)值的方法進(jìn)行處理，但振動(dòng)實(shí)測值依然會(huì)漸進(jìn)式增加，運(yùn)轉(zhuǎn)4個(gè)月左右后機(jī)組振動(dòng)值達(dá)40～50μm，需要對其進(jìn)行停車處置。每次停車處置環(huán)節(jié)中，解體檢查機(jī)組氣閥泄漏、活塞桿磨損、涂層脫落，腔體內(nèi)油泥較多，一定要清洗各零部件上的垢層及相關(guān)內(nèi)件。機(jī)組振動(dòng)程度的增加對實(shí)際生產(chǎn)會(huì)形成較大影響：一是造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、流量、壓力等被降低，裝置很難抵達(dá)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力；
二是壓縮機(jī)設(shè)備要屢次停車檢查、維修，以上過程中均要更換局部受損零部件，檢修后要外送到相關(guān)機(jī)構(gòu)開展活塞桿動(dòng)平衡試驗(yàn)研究，一方面，增加設(shè)備檢修造價(jià)；
另一方面不利于機(jī)組的長期運(yùn)行；
三是壓縮機(jī)的高頻率開、停車會(huì)加速其自體各零部件的損耗過程，以致設(shè)備存有較嚴(yán)重的安全隱患因素。
3.1 機(jī)組原因
為了能盡早掌握再其壓縮機(jī)振動(dòng)問題的成因，技術(shù)人員先要觀察活塞的外觀，未見活塞零部件發(fā)生損壞、涂層脫落情況，著色探傷檢查也未見裂紋。為了能更全面地檢查活塞裙改變狀況，測量活塞桿的圓跳動(dòng)情況，統(tǒng)計(jì)與分析測量數(shù)據(jù)，可以確定活塞桿的徑向跳動(dòng)、軸向擺動(dòng)全、整體處于限定范疇中。采用著色探傷技術(shù)檢查支撐軸瓦、止推軸瓦，其均未見裂紋、氣孔等質(zhì)量缺陷。軸瓦間隙檢查到的數(shù)據(jù)有：支撐、止推徑向瓦量均為0.15mm，轉(zhuǎn)子竄量0.25，符合要求。將千分表搭設(shè)在壓縮機(jī)軸上，用于對小齒輪半聯(lián)軸器外緣進(jìn)行打表處理，借此方式獲得機(jī)組轉(zhuǎn)子的找正數(shù)據(jù)：徑向下偏差-0.83mm，左、右偏差是-0.37mm、-0.43mm，均符合設(shè)計(jì)要求；
軸向下偏差-0.O1mm，左、右偏差分別是-0.01mm、0mm，同樣符合要求。在檢查壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子、軸承、密封等零部件時(shí)，發(fā)現(xiàn)其均未受損，據(jù)此能解除壓縮機(jī)本體故障導(dǎo)致的異常振動(dòng)。全面解讀設(shè)備運(yùn)行狀況以后，也排解掉因臨界轉(zhuǎn)速、油膜及結(jié)構(gòu)共振等因素造成的振動(dòng)。參照過去幾年中載氣壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況與表象特征，檢查、維修機(jī)組以后開車早期均能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，常態(tài)運(yùn)行一段時(shí)間后，振動(dòng)實(shí)測值才緩慢增加，據(jù)此能基本排除由機(jī)組本體問題引起的異常振動(dòng)現(xiàn)象。
3.2 工藝原因
縱觀實(shí)際生產(chǎn)的工藝狀況：排放倉氣體經(jīng)載氣過濾器過濾粉末，過濾后的氣體進(jìn)入載氣壓縮機(jī)一段壓縮、增加壓力，然后通過水冷卻器降溫后送至再起壓縮機(jī)二段繼續(xù)壓縮、增加壓力，再次通過水冷卻器降溫后送至再起壓縮機(jī)三段繼續(xù)壓縮、提高壓力，最后送至反應(yīng)器。由于過濾器過濾的能力有限，因此，很難取得十分理想的過濾效果，進(jìn)入壓縮機(jī)的工藝介質(zhì)含有聚丙烯粉末較多。
對壓縮機(jī)進(jìn)行數(shù)次檢查、維修以后發(fā)現(xiàn)，一段氣閥結(jié)垢、活塞桿涂層脫落嚴(yán)重現(xiàn)象，二段氣閥結(jié)垢、活塞桿涂層脫落現(xiàn)象相對較少，三段氣閥結(jié)垢、活塞桿涂層脫落的現(xiàn)象基本未見。參照壓縮機(jī)內(nèi)氣體的工作特征，當(dāng)氣體壓力下滑、體積擴(kuò)增時(shí)，勢必會(huì)吸收一定的熱量，反之，其會(huì)釋放出大量熱量。很多載體被吸納到機(jī)組內(nèi)部，壓力、溫度值均會(huì)降低；
隨著壓縮工序的推進(jìn)，壓力、溫度值均會(huì)上升。在這樣的工況中，便會(huì)出現(xiàn)第一段工作溫度最低，隨后各級溫度緩緩上升的情況，壓縮機(jī)組出口位置溫度能高達(dá)120℃。
經(jīng)數(shù)次取樣分析后，統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)內(nèi)部的結(jié)垢物質(zhì)是聚丙烯及三乙基鋁結(jié)晶。參照以上分析所得結(jié)果，在壓縮機(jī)進(jìn)口與一段氣缸位置，氣體壓力下跌以后會(huì)造成溫度降低，導(dǎo)致氣體溫度在80℃以下，氣體內(nèi)摻雜的三乙基鋁會(huì)在該處結(jié)晶及生成垢層。隨著壓縮機(jī)內(nèi)壓縮氣體持續(xù)進(jìn)行，壓力值上升，溫度值也隨之提高。三乙基鋁結(jié)晶產(chǎn)生的垢層會(huì)吸附在活塞裙局部，打破了活塞初有的動(dòng)平衡，活塞自身失衡會(huì)引發(fā)異常振動(dòng)情況。以上就是實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行階段機(jī)組振動(dòng)加劇的主因。
3.3 軸系發(fā)生異常扭轉(zhuǎn)振動(dòng)
這種情況不僅會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)作過程中轉(zhuǎn)子與定子兩者之間的間隙不斷增大，使轉(zhuǎn)子和定子之間空氣流速出現(xiàn)一定改變，形成氣流噪聲及磁場脈沖，進(jìn)而使電磁噪聲量增加，并且其還會(huì)造成壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)作過程中的氣隙扭矩發(fā)生波動(dòng)現(xiàn)象，氣隙扭矩的波動(dòng)會(huì)經(jīng)過定子磁通造成定子的電流出現(xiàn)改變，進(jìn)而使電動(dòng)機(jī)輸入（輸出） 功率出現(xiàn)一定波動(dòng)，最后造成電動(dòng)機(jī)對外發(fā)出持續(xù)改變的異常聲音。
3.4 內(nèi)燃機(jī)曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)
當(dāng)出現(xiàn)這種異常狀況時(shí)，通常會(huì)形成同頻和倍頻的扭轉(zhuǎn)縱向耦合振動(dòng)現(xiàn)象，在這種耦合振動(dòng)的作用下機(jī)械振動(dòng)會(huì)越來越嚴(yán)重，同頻耦合振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)引起了二倍頻耦合縱向振動(dòng)數(shù)其主要的外在表現(xiàn)形式。曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)一般會(huì)通過兩個(gè)不同途徑去引起機(jī)體發(fā)生振動(dòng)，其中一種是經(jīng)過連桿活塞傳送給機(jī)體，另一種是經(jīng)過主軸承傳遞給機(jī)體，雖然以上兩種作用途徑有差別，但均會(huì)導(dǎo)致曲軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)情況，最后造成機(jī)體出現(xiàn)異常振動(dòng)。從理論上講，壓縮機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)基本一致，因此，根據(jù)以上形成的結(jié)論可以推測載氣壓縮機(jī)工作過程中發(fā)生較為強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，一定會(huì)加劇主體的振動(dòng)情況。
（1）結(jié)合以上載氣壓縮機(jī)異常振動(dòng)現(xiàn)象的成因分析，通過適度提升壓縮機(jī)進(jìn)口載氣介質(zhì)的溫度是處理振動(dòng)問題的有效方法之一。設(shè)備使用單位可以采用加熱方法去提升載氣介質(zhì)溫度，可以在原裝置內(nèi)增設(shè)1臺(tái)列管式換熱器，但以上操作階段需要考慮的重要問題是換熱器的進(jìn)口位置可能由于和壓縮機(jī)同樣的原因發(fā)生結(jié)垢情況，進(jìn)而造成進(jìn)口氣量不夠?qū)е孪到y(tǒng)停車。為規(guī)避以上情況，可以將1股組分和其等同的高溫氣體添加到初有的氣體介質(zhì)中，借此方式使混合氣體溫度上升到一定值以后，便能確保氣體流經(jīng)壓縮機(jī)進(jìn)口與一段過程中不發(fā)生結(jié)晶情況。實(shí)質(zhì)上就是通過新配置單根管道把局部和壓縮等同的載氣添加至壓縮機(jī)的進(jìn)口，高溫載氣和被整合至載氣壓縮機(jī)前的循環(huán)載氣都要做到均勻混合，將進(jìn)入載氣壓縮機(jī)入口的氣體溫度嚴(yán)格控制在120℃上下。
（2）完善載氣壓縮機(jī)的維修工作。對于一、二線載氣壓縮機(jī)，及時(shí)更換填料密封、氣閥、主軸軸封等受損率較高的部件，將潤滑油由最初的格高150#整改成CPI-4600-150#。對于三、四線載氣壓縮機(jī)，不僅要及時(shí)更換填料密封、活塞桿、導(dǎo)向軸承等備件，也要把潤滑油由格高220#改造成CPI-4600-220#。
（3）研發(fā)應(yīng)用XP閥，其實(shí)現(xiàn)了密封型面設(shè)計(jì)，且完善了閥座-閥片-閥蓋槽道設(shè)計(jì)，明顯提升了流通性，氣閥效率非常高，與普通氣閥相比，其節(jié)能效果提升了40%左右。PC+閥片自身的熱膨脹系數(shù)極低，使自身尺寸穩(wěn)定性、密封性能得到更大保障；
具體開發(fā)中應(yīng)用了最先進(jìn)的材料技術(shù)，即PowerPEEK閥片，其耐高溫性強(qiáng)，使用壽命更長久；
在具體設(shè)計(jì)過程中整合了閥環(huán)和閥片各自特征，動(dòng)作執(zhí)行快速、安穩(wěn)、可靠；
閥片實(shí)現(xiàn)了注塑成型，明顯改善了纖維的排布方向，自身強(qiáng)度處于很高水平，耐沖擊性更強(qiáng)，以上均是防控壓縮機(jī)設(shè)備運(yùn)行階段發(fā)生異常振動(dòng)情況的有效措施。
（4）既往有大量的實(shí)踐表明，處理載氣壓縮機(jī)異常振動(dòng)問題過程中，應(yīng)以其自身主要技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)編制科學(xué)、可行的解決方案，可以嘗試應(yīng)用以下方法去消減軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，具體操作可以做出以下闡述：在不影響作業(yè)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，適度降低軸系的激振能量；
科學(xué)整頓軸系的固有頻率；
精準(zhǔn)劃分轉(zhuǎn)速禁區(qū)；
增加軸系的阻力消耗能量值。相比之下，調(diào)整軸系的固有頻率是減弱或者消除軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的最有效、操作最便捷的方法。各個(gè)部件的彈性及慣量數(shù)值及其自身的分布情況、振動(dòng)形式是影響多質(zhì)量系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率高低的主要因素。如果能合理調(diào)節(jié)軸系節(jié)點(diǎn)周邊的柔度值或振動(dòng)幅度較大處的慣性，均會(huì)對軸系的固有頻率值造成較大的影響。鑒于以上情況，為實(shí)現(xiàn)對軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率的有效調(diào)控，可以濕度整改曲軸的直徑或長度值，結(jié)合設(shè)備現(xiàn)場應(yīng)用情況增加或減少飛輪自體的慣性量，提升軸系的質(zhì)量水平，改變曲軸的制造材質(zhì)，增設(shè)數(shù)量適宜的彈性聯(lián)軸節(jié)等。對于那些正處于生產(chǎn)作業(yè)黃臺(tái)下的壓縮機(jī)組軸系，其現(xiàn)場改造操作過程并不煩瑣，技術(shù)人員需要按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行操作，逐一將配重體加裝至其軸系上，嚴(yán)格按照生產(chǎn)現(xiàn)場測量所得的準(zhǔn)確壓縮機(jī)組振動(dòng)與噪聲數(shù)值，對其進(jìn)行嚴(yán)格分析，結(jié)合分析結(jié)果提出配重體的具體方案，科學(xué)準(zhǔn)確地設(shè)定其實(shí)際位置，并配合應(yīng)用質(zhì)量改進(jìn)措施，借此方式確保軸系正常運(yùn)作時(shí)能帶動(dòng)配重體共同順暢運(yùn)行，在這樣工況下軸系的運(yùn)轉(zhuǎn)慣量相應(yīng)增加，實(shí)現(xiàn)了對軸系固有頻率的有效增加，減輕或消除軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)程度，明顯延長了連桿大頭瓦的使用年限，此時(shí)，工作人員在處理壓縮機(jī)的異常振動(dòng)問題時(shí)，也取得了較滿意的效果。
推行以上整改措施后，載氣壓縮機(jī)伴隨投運(yùn)時(shí)間的延長其自身振動(dòng)加劇的實(shí)際問題被解除，壓縮機(jī)的運(yùn)行流量也有顯著提升，在沒有發(fā)生異常機(jī)械故障的工況下，機(jī)組常態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)了1年后，其振動(dòng)值均沒有出現(xiàn)十分明顯的改變；
在設(shè)備投運(yùn)1年后，開啟壓縮機(jī)大蓋進(jìn)行例行檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部轉(zhuǎn)子與隔板等內(nèi)件的清潔度相對較高，其表層僅吸附少許的白色粉末。可見以上整改措施有一定效力，可以嘗試推廣。
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