□朱铁光等
摘要综合分析机组的工艺参数和机组运行参数，应用振动监刚和频谱分析技术成功地对聚丙烯装置的进口设备进行故障诊断。
长岭炼化公司年产7万t聚丙烯装置采用高效载体催化剂液相环管反应本体化聚合工艺，于1997年10月1日实现开车一次成功。该装置关键机组均为原装进口设备，结构复杂、紧凑。投产至2001年装置主要设备运行平稳，一直未进行过大修。
随着连续运行时间的延长，从2002年3月开始，一些主要设备运行中逐渐出现一些故障，如挤压造粒机EX801的齿轮箱、空压机C101和环管反应器轴流泵201先后出现了振动明显上升的情况。在对机组振动信号进行分析的同时，结合机组相关的工艺流程和运行参数进行综合分析，分别对这三台机组作出调整运行参数和停机检修的建议。事实证明，分析结论准确，对挤压造粒机EX801的诊断避免了不必要的停机，对空压机C101和环管反应器轴流泵201的诊断指导维修人员进行有针对性的检修，避免了可能发生的设备事故，大大节约了检修时间。
一、挤压造粒机EX801齿轮箱强振故障诊断
挤压造粒机组由日本JSW设计制造，型号为CMP230X12AW，主机功率2800kW，采用连续高速、大扭矩剪切、双螺杆同向啮合挤出等新一代树脂挤压技术，将粉料加热成熔融的树脂，经正变位齿轮泵增压至10MPa后，从646个小模孔中高速喷出，水下切粒成φ2~5mm、长度为3~4mm的颗粒，经脱水、干燥、分级筛选后，由风送系统将其送至料仓储存与均化包装。
机组中齿轮泵的减速箱自投产以来尚未经正式检修，以前运行时振动、噪声正常（电机电流约70A，转速为600~700r/min)02002年2月中旬，齿轮泵改变工况（介质改变，处理量加大，转速约900r/min，电机电流约为40A，功率有所降低）后，发现减速箱存在异常噪声，同时振值增大。因当时正处于大处理量生产的黄金时期，减速箱能否继续运行一直困扰着装置设备管理人员。
从测试的情况来看，减速箱各轴承振动均在0.8mm/s以下，频谱也以工频和齿轮啮合频率为主，采集减速箱润滑油进行铁谱分析，未见大颗粒金属磨粒，属正常磨损状态，表明轴承运行状态和齿轮啮合情况均较好。但测点1和测点2之间的减速箱箱体振动较大，且振值随转速不同发生较为显著的变化（见表1）。
从振动特点看，振动具有明显的局部性特征：只有测点1和测点2之间的减速箱箱体下部振值较大，包括该级轴承位置在内的其他各测点振值较小。齿轮的齿面存在一定缺陷，但不是引起异常振动和噪声的主要原因。从表1中可看出，振动与转速关系密切。900r/min时振值最高，噪声强烈；转速升至l000r/min时，振动显著下降，噪声也有一定下降。振动与负荷关系不大，但对转速变化很敏感。
据了解，以前在相同的负荷情况下，减速箱的转速一般在700r/min左右。综合上述因素，分析认为：①减速箱下部箱体强振的主要原因是减速箱侧壁上的固定部件在900r/min左右转速下的频率与齿轮啮合频率发生共振所致；这是明显的局部共振现象。②减速箱目前可以继续运行，操作中应适当提高或降低负荷的运行速度变化，离开共振区尽量避免减速箱在9001000r/min转速范围内运行。
经分析查找，发现减速箱转速异常的原因是泵出口过滤网堵塞，造成齿轮泵扭矩增大，减速箱转速自动升高到900r/min以上，在更换过滤网后，转速降到700r/min，减速箱振动和噪声明显降低，表1中。点的振动值下降至1.5mm/s，机组运行正常。
4月15日，装置因环管泵故障停工抢修，揭开减速箱视窗可以看出，减速箱内伞齿轮下方有一油槽用螺栓固定在减速箱侧壁上。依照建议，此次装置抢修未对齿轮箱进行检修，装置设备管理人员将齿轮箱转速严格控制在900r/min以下运行，机组一直平稳运行至今。
二、空压机C101强振故障诊断
空压机C101的主要作用是将空气进行压缩，以形成空气液化的必要条件。
2002年3月以来，该机第三级叶轮处轴振动有逐步上升趋势，由3月1日的7μm升至3月12日的26μm（接近一级报警值）。
从振动测试的情况看，压缩机一级振动频率以4401f9bHz（该频率为该级的回转频率，转速为26400r/min）及其二、三、四倍频为主，同时存在第三级的工频成分600Hz。振动显著上升的第三级以工频600Hz成分占绝对优势。
从该机第三级转子的故障现象及故障特征可初步判断出振值超标的主要原因是该级转子失衡，但困扰技术人员的是，如果空气质量不好或空气过滤器性能下降导致转子结垢产生不平衡，那么一般来说第一级转子不平衡的严重程度应高于第二级和第三级，而当时第一、第二级振动均正常。因此，机组第三级振动增大应另有原因。
表2所示为机组振值与三级入口温度、回水温度等因素之间的关系。可以发现每天的振值变化与三级入口温度、回水温度有关，即三级入口温度、回水温度高时，第三级转子的振动相对要低，说明冷却水量的大小对机组振值影响较大。
因此，首先怀疑的是机组压缩空气产生的凝结水在二级中冷器中排出不畅，导致凝结水进入第三级叶轮，一方面造成水击，另一方面导致转子失衡。另外，不排除二级中冷器内漏的可能性。
4月15日，装置因环管泵故障停工抢修，检修发现二级中冷器泄漏，叶轮腔里可见明显的积水，叶片表面有水击的痕迹，与诊断结论相吻合。处理泄漏问题后开机，机组一、二、三级振动分别为7μm、6μm、5μm，恢复正常运行。
三、环管反应器轴流泵201故障诊断
环管反应器轴流泵201是聚丙烯装置的核心设备，制造厂家为美国劳伦斯公司，额定功率500kW,额定流量7000m3/h。自装置投产以来，运行一直较为稳定。2002年3月6日现场操作人员发现该泵有“丝丝”的声响，壳体测点3振值有所上升且不稳定。4月2日，各测点尤其是轴承箱振动明显上升，4月3日测点3V最大振动达6.0mm/s。运行至4月8日上午，发现该泵轴承箱和环管处发出较大的噪声，但持续的时间较短。表3所示为连续跟踪测振情况。从频潜图看，各测点频谱在65~25Hz区间大都存在一明显噪声带，67.5~75Hz区间的谱峰尤为显著。经计算，67.5~75Hz之间的谱峰与轴承滚动体等零部件缺陷引起的冲击有关。
分析认为：泵振值明显上升与泵轴承的工作状态恶化有关，轴承（测点3和测点5处）已存在较严重的磨损和局部缺陷，需尽快做好停机检修的准备。按ISO02372绝对标准，振值达到7.1mm/s时，建议立即停机检修
4月14日，泵201的功率、电流急速上升，振动突然上升至11.4mm/s，按照诊断结论，操作人员果断地对装置实施紧急停工检修揭盖发现环管内轴承保持架己散架，滚珠出现较为严重的磨损，轴承内圈已磨出沟槽，如处理不及时，将会导致设备抱轴、环管“暴聚”等严重后果。因此，可以说此次分析诊断避免了一次可能发生的恶性设备事故。
四、结论
对于以前未进行过振动监测、不清楚其运行正常时的振动特点，有时甚至无从知道其具体的内部结构的机组，出现振动异常时要准确诊断出其故障确实难度较大。在进行状态监测与故障诊断的过程中，要求技术人员能准确地从复杂的振动信号中找出故障的本质特征，同时还应对机组的工艺参数和机组运行参数等进行综合分析。这样才能抓住导致机组强振的主要矛盾，对症下药，准确、快捷地解决问题，真正做到“能开则开，该停则停”，为企业效益最大化奠定基础。