余智玲
摘要：循环气压缩机是全密度聚乙烯装置的关键设备，自2002年8月以来，由于压缩机侧各振动监测点振值经常报警，严重影响装置安全生产。通过对该机组进行跟踪监测和故障诊断，查出振动报警是由于工艺原因引起的，通过调整工艺解决了问题。
关键词：循环气压缩机；振动；分析；故障；诊断
茂名乙烯公司生产能力为17万吨／年的全密度聚乙烯装置，其心脏设备循环气压缩机K4003系1994年从意大利引进。该机组为悬臂式单级、恒速离心压缩机，循环气体的循环流速由压缩机入口的导向叶片控制。机组型号为SRL801，驱动功率为3MW，转速为3000r/min。结构简图如图1所示，前后径向轴承为五瓣可倾瓦轴承，止推轴承为自对中滑动轴承，前轴封为干气密封，后轴封为迷宫密封。
图1压缩机组振动及轴位移监测点示意图
循环气压缩机在装置中所起的作用是将反应物输送到反应器。聚合反应在催化床反应器C4001内进行，催化剂与聚合单体和共聚单体连续从反应器底部进入，反应生成的聚乙烯粉料树脂从反应器分布板以上间断排出，大量未反应物从反应器顶部作为循环气体排出，通过循环气压缩机压缩后，到循环冷却器E4002冷却，又循环返回到反应器。自2002年8月以来，由于生产需要，频繁调整工艺参数，导致压缩机各振动监测点频繁报警，影响装置安全生产。
一、分析
由于安装了高速在线监测系统，机组出现异常振动时，能及时捕捉到振动状况。例如，从机组振动总幅值趋势图(图2)上可以看出，前轴承3A/B和后轴承4A/B处振动幅值趋势出现突变；从瀑布图看，压缩机侧振动的故障频率主要表现在一倍频(50Hz)，如图3所示；从极坐标图可发现，机组相位在很短的时间内有较大变化，且振幅也发生很大变化；比较振幅波动前后的3A/B、4A/B轴心轨迹图可发现，轴心轨迹随水平和垂直振幅的增大而逐渐扩大，随水平和垂直振幅的减小而缩小，且振动主要集中在一倍频，峰值随总幅值的变化而变化。据此推断机组可能存在基础松动、轴瓦磨损、轴不对中、转子不平衡等故障。
对压缩机组基础的离线振动监测发现，基础振动值变化不大，可排除基础松动故障；润滑油温及油压没有明显变化，理化分析表明，润滑油的各种成分均在允许范围内，且压缩机振动系无规律的短时高振动，故可排除轴瓦磨损和轴不对中。对极坐标和轴心轨迹的分析表明，机组最可能的故障是瞬时不平衡。根据此压缩机的结构形式，其离心力的分布可简化成图4所示。
图2压缩机组异常振动时的振动幅值数据
图3振动异常时4B点一倍频变化的瀑布图
图4转子离心力分布简图
转子不平衡系因在较大离心力作用下，转子的中心惯性主轴偏离其旋转轴线，当转子以角速度ω绕轴线旋转时，形成的离心惯性力向质心c简化为合力F=2ωUe（式中Ue为不平衡量），因此转子处于静不平衡。质心c不在旋转轴上，不平衡量为Ue=M.e（式中M为转子质量e为质心的偏心距矢量），这种静不平衡是不平衡的最简单方式。根据公式Ue=M.e，当偏心距e一定时，转子的质量M发生改变，其不平衡量Ue也相应改变，并且成正比关系；相应地，当转子的质量M一定时，不平衡量Ue随偏心距e的改变而改变，并且成正比关系。振动较严重时，系装置正在更换产品牌号，由高密度换成低密度，更换后使用的介质密度大、粉尘少、黏性较大，极易造成介质结块。反应器中的未反应物经循环气压缩机压缩冷却后返回一个由裙座支撑的圆筒型容器，即反应器C4001，其顶部有扩大段，循环气夹带的大部分细粉固体在扩大段中分离出来，进入压缩机入口对叶轮造成冲击。虽然入口有过滤网，但因网孔较大，只能过滤较大的结块，较小的结块则进入压缩机，可以在极短的时间内改变转子质量M和质心的偏心距矢量e，使转子的不平衡量Ue上升，导致机组不平衡，振动总幅值上升。
二、措施与效果
由此可确定该机组瞬时振动异常是由于工艺不稳定引起的，而非机组本身出现机械故障，故压缩机可以继续运行，但应尽量保持工艺操作的平稳，以减少介质结块，造成压缩机叶轮不平衡。
全密度装置日产全密度聚乙烯500t，产品均价6000元／t，生产成本为4500元/t，停车一次以5天计，直接损失为375万元；修理费用为11343元，总计损失376.343万元。由于准确判断频繁报警是因为物料结块对叶轮产生冲击造成，而非机械故障，避免了不必要停机造成的经济损失。
参考文献：
严可国等.大型旋转机械监测保护故障诊断系统．美国本特利"内华达公司，1994.
虞和济等.设备故障诊断工程．冶金工业出版社，2001.