離心式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)異常的檢查與分析

1、離心式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)異常的檢查與分析關(guān)鍵詞：合成氣壓縮機(jī); 振動(dòng); 異常; 分析; 應(yīng)對;Abstract：This paper introduces the failure phenomenon, troubleshooting process, analysis and treatment method of shaft vibration anomaly of a large centrifugal compressor. The structure of TRICON system and the composition of NTEK vibration monitoring sys

2、tem are briefly described. This paper discusses in detail the steps and the key points of the investigation of the abnormal vibration of compressor shaft, summarizes a five-step investigation method, makes a theoretical analysis of the inspection results, gives a practical solution to the signal int

3、erference, and selects the best filter parameters by comparison test, and obtains good results. For other peer maintenance and maintenance work to provide reference experience.Keyword：syngas compressor; vibration; anomaly; analysis; response;新奧內(nèi)蒙古甲醇廠合成氣壓縮機(jī)把5.4MPa、溫度30.5的新鮮氣經(jīng)二級(jí)壓縮后形成8.4MPa、溫度49.4的合成氣輸

4、送至合成塔。該壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，二段六級(jí)，額定功率為7480kW，工作轉(zhuǎn)速為10598r/min，配套汽輪機(jī)調(diào)速范圍8010r/min11211r/min;1。壓縮機(jī)配套儀表有止推軸承鉑熱電阻溫度計(jì)8支、軸振動(dòng)傳感器4只、軸位移傳感器2只等。在生產(chǎn)運(yùn)行中，工藝人員多次發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面的VE67003/4振動(dòng)數(shù)值突然增大，并超過報(bào)警值，有時(shí)也超過聯(lián)鎖值，導(dǎo)致數(shù)次聯(lián)鎖跳車。這一振動(dòng)數(shù)值異常波動(dòng)，多次頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運(yùn)行，給生產(chǎn)長期穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的壓力。1、 壓縮機(jī)機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)簡介壓縮機(jī)機(jī)組的ITCC控制系統(tǒng)是美國TRICONEX公司的TRICON系統(tǒng)，該系統(tǒng)的架構(gòu)配置是電源模塊為MP

5、S8312冗余結(jié)構(gòu)，主處理器模塊為MPS3008三選二結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)通訊模件是TCM4351B冗余結(jié)構(gòu);2，對重要參數(shù)的I/O模塊通道采用三選二或二選二結(jié)構(gòu)。工程師站/操作站的組態(tài)軟件是HMI軟件Intouch V9.5，控制站組態(tài)軟件是TriStation 1131 V4.1。ITCC控制系統(tǒng)對壓縮機(jī)、汽輪機(jī)及輔助設(shè)備的重要參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)控、ESD聯(lián)鎖和安全保護(hù)，同時(shí)與合成工藝的DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。1.1、 振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備組成振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)一般由振動(dòng)傳感器、延長電纜、前置器、監(jiān)測模塊等4部分組成。該壓縮機(jī)機(jī)組軸振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)采用ENTEK產(chǎn)品，振動(dòng)傳感器（俗稱振動(dòng)探頭）型號(hào)是EK-211

6、0型，測量范圍0μm100μm，鎧裝延長電纜8.5m，前置器型號(hào)是EK-2108，振動(dòng)監(jiān)測模塊型號(hào)是XM-120。振動(dòng)參數(shù)的設(shè)定值是報(bào)警值63.5，聯(lián)鎖值88.9，聯(lián)鎖邏輯采用二選二。1.2、 振動(dòng)信號(hào)的檢測與傳輸軸振動(dòng)參數(shù)通過振動(dòng)探頭線圈檢測，振動(dòng)探頭安裝在壓縮機(jī)主軸的前端與后端，各有2個(gè)，按X/Y方向分布，設(shè)置專用支架固定在機(jī)組殼體內(nèi)，同軸電纜尾線穿越機(jī)組殼體的密封接頭外。前軸振動(dòng)探頭的位號(hào)是VE67001、VE67002，后軸振動(dòng)探頭的位號(hào)是VE67003、VE67004;3。延長電纜的兩端設(shè)計(jì)有航空插頭，一端連接在振動(dòng)探頭尾線端，另一端連接在前置器的接口，整個(gè)延長電纜處于金

7、屬保護(hù)管中。前置器安裝在壓縮機(jī)旁的防爆保護(hù)箱內(nèi)，電源線和信號(hào)線來自中控室機(jī)柜間的振動(dòng)監(jiān)測模塊，電纜采用儀表屏蔽阻燃電纜?，F(xiàn)場設(shè)備的安裝、接線、保護(hù)均符合施工規(guī)范要求。振動(dòng)監(jiān)測模塊有模擬量信號(hào)輸出二路，每一路模擬量信號(hào)經(jīng)過MTL信號(hào)分配器分成二路，一路信號(hào)送給DCS系統(tǒng)，另一路信號(hào)送給ITCC控制系統(tǒng)；振動(dòng)監(jiān)測模塊輸出的繼電器信號(hào)供ITCC控制系統(tǒng)聯(lián)鎖邏輯使用?？刂茩C(jī)柜內(nèi)在振動(dòng)信號(hào)傳輸通道上配置有MTL安全柵。2、 振動(dòng)異常的檢查與分析4月以來，合成氣壓縮機(jī)在運(yùn)行中56次出現(xiàn)振動(dòng)高報(bào)警，發(fā)生2次聯(lián)鎖停車，給生產(chǎn)運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。如4月20日歷史記錄顯示，ITCC控制系統(tǒng)中VE67004振動(dòng)趨勢圖

8、，如圖1所示。VE67004振動(dòng)超過報(bào)警值5次，數(shù)值分別為74.61、80.54、72.11、79.19、90.50，超過聯(lián)鎖值1次，數(shù)值為91.12。VE67003振動(dòng)數(shù)值波動(dòng)與VE67004類似，但波動(dòng)幅度略小些。工藝人員為了完成產(chǎn)量任務(wù)，頻繁投切聯(lián)鎖，給機(jī)組運(yùn)行帶來極大安全隱患。針對機(jī)組軸振動(dòng)VE67003/4數(shù)值異常波動(dòng)的故障現(xiàn)象，儀表維護(hù)人員憑借經(jīng)驗(yàn)分析認(rèn)為產(chǎn)生的原因是傳感器固定松動(dòng)、傳感器線圈斷線、延長電纜接頭松動(dòng)或接觸不良、延長電纜屏蔽層受損或屏蔽層有接地現(xiàn)象、間隙電壓過大、前置器故障等。經(jīng)組織，對振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)、傳輸線路、機(jī)柜內(nèi)信號(hào)通道、控制組態(tài)等做系統(tǒng)性排查，簡述排查過程如下。

9、圖1 VE67004振動(dòng)趨勢圖Fig.1 VE67004 Vibration trend diagram2.1、 設(shè)備檢查第1步是因機(jī)組正在運(yùn)行，振動(dòng)探頭安裝在機(jī)組殼體內(nèi)，安裝狀況無法檢查，用萬用表測試探頭阻值，阻值數(shù)據(jù)無異常。檢查鎧裝延長電纜無明顯異常，保護(hù)層無破損，接頭無氧化腐蝕，未發(fā)現(xiàn)有短路、斷路現(xiàn)象；前置器完好無損，前置器與安裝盒之間絕緣良好。把X方向振動(dòng)探頭VE67003與Y方向振動(dòng)探頭VE67004的延長電纜對調(diào)，在ITCC控制系統(tǒng)觀察振動(dòng)數(shù)值沒有明顯變化；把前置器后傳輸電纜對調(diào)，在ITCC控制系統(tǒng)觀察振動(dòng)數(shù)值也沒有明顯變化。第2步是機(jī)柜模擬信號(hào)測試，在MTL信號(hào)分配器的輸入端加載

10、4mA20mA信號(hào)，均分5點(diǎn)測試，每次保持60s；加載模擬報(bào)警值和聯(lián)鎖值測試，每次保持5s。測試結(jié)果是DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示正常、ITCC控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示正常。這說明信號(hào)分配器及其后端線路、DCS的I/O通道及內(nèi)部組態(tài)、TRICON系統(tǒng)的I/O通道及內(nèi)部組態(tài)等硬件軟件都正常。接著在MTL安全柵輸入端加載模擬信號(hào)，測試結(jié)果為數(shù)據(jù)顯示正常，這說明安全柵、XM-120振動(dòng)監(jiān)測模塊也正常。真實(shí)信號(hào)測試，在MTL安全柵輸入端，把壓縮機(jī)的VE67004振動(dòng)儀表接線與汽輪機(jī)VE5004振動(dòng)儀表接線對調(diào)，VE67004振動(dòng)儀表接入汽輪機(jī)的0通道，0通道顯示數(shù)據(jù)異常波動(dòng)，VE5004振動(dòng)儀表接入壓縮機(jī)的1通道，1通

11、道顯示數(shù)據(jù)平穩(wěn)。由此可以判定控制機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備及線路均正常，故障位置不在控制機(jī)柜內(nèi)部。第3步是檢查電纜，檢查中控機(jī)柜至現(xiàn)場接線箱的電纜，檢查電纜的絕緣、屏蔽、線阻、接頭的氧化及虛接等，用500VΜΩ表檢查絕緣，線間及對地絕緣電阻均符合要求，檢查結(jié)果無明顯異常，與其它振動(dòng)儀表電纜比對也沒有不同。接著更換電纜測試，假設(shè)電纜傳輸線路存在干擾，臨時(shí)敷設(shè)電纜用以測試VE67004振動(dòng)信號(hào)傳輸線路。更換電纜后，測試結(jié)果振動(dòng)數(shù)值異常波動(dòng)仍然存在，這說明振動(dòng)數(shù)值異常波動(dòng)不是傳輸電纜中耦合干擾引起的。圖2 示波器抓取瞬時(shí)波形圖Fig.2 The oscillograph captures the

12、 instantaneous waveform第4步是用示波器檢查波形，在壓縮機(jī)旁防爆箱內(nèi)VE67004前置器上連接示波器，觀察信號(hào)的波形，經(jīng)過兩天檢查，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)中存在一個(gè)20KHz左右的高頻信號(hào)疊加，懷疑是電源干擾所致，脫開前置器的-24V電源，另外使用高精度-24V電源供電，用示波器檢查，結(jié)果是振動(dòng)信號(hào)波形中依舊存在一個(gè)高頻信號(hào)。第5步是邀請陜鼓專家到現(xiàn)場，用便攜式在線狀態(tài)監(jiān)測儀檢查壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過兩天檢測，檢測機(jī)組軸瓦振動(dòng)的8個(gè)點(diǎn)位，振動(dòng)數(shù)值都在20μm左右，由此判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)正常。以上檢查說明壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)正常，振動(dòng)數(shù)值異常波動(dòng)是由于干擾信號(hào)引起。2.2 、檢查結(jié)果

13、分析對多張示波器抓取圖片分析發(fā)現(xiàn)，每次振動(dòng)數(shù)值異常波動(dòng)之前，首先出現(xiàn)一個(gè)高頻脈沖信號(hào)，該信號(hào)頻率與機(jī)組機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的頻率差別較大。由于該信號(hào)的產(chǎn)生，導(dǎo)致其后的振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生瞬時(shí)波動(dòng)。分析示波器對VE67004振動(dòng)信號(hào)波形檢測的多張圖片，如圖2是抓取的一張瞬時(shí)波形圖，在振動(dòng)波形中出現(xiàn)一個(gè)高頻脈沖信號(hào)，該信號(hào)呈隨機(jī)性、不規(guī)則狀、寬度大約50μm，其頻率成分大于20kHz。圖2中紅圈內(nèi)是脈沖信號(hào)，此時(shí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速為10500r/min，依據(jù)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障理論，采用滑動(dòng)軸承的機(jī)組其軸振動(dòng)信號(hào)頻率的主要成分在10X20X倍頻內(nèi)，故該壓縮機(jī)機(jī)組振動(dòng)信號(hào)頻率的主要成分在3.5kHz以下，且與軸鍵相同

14、步。因此，可以判定這個(gè)高頻脈沖信號(hào)是一個(gè)干擾信號(hào)。圖3 5kHz濾波振動(dòng)波形圖Fig.3 5kHz Filtered vibration waveform圖4 10kHz濾波振動(dòng)波形圖Fig.4 10kHz Filtered vibration waveform根據(jù)以上分析可以判斷，合成氣壓縮機(jī)VE67004振動(dòng)通道的信號(hào)異常波動(dòng)與機(jī)組本身的機(jī)械振動(dòng)基本無關(guān)，應(yīng)該是電磁脈沖信號(hào)干擾所致。電磁干擾信號(hào)的產(chǎn)生估計(jì)與距壓縮機(jī)廠房相鄰的高壓變配電室有關(guān)，高壓配電室內(nèi)有高壓變頻器，且高壓電纜橋架經(jīng)過壓縮機(jī)廠房外。3、 干擾信號(hào)的應(yīng)對機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)中存在一個(gè)干擾信號(hào)，造成振動(dòng)數(shù)據(jù)失真，抑制干擾信號(hào)的有效方法

15、是濾波處理，濾波分為硬件濾波和軟件濾波，在XM-120振動(dòng)監(jiān)測模塊中組態(tài)增設(shè)低通濾波功能屬于一種軟件濾波。對低通濾波功能進(jìn)行實(shí)際測試，合成氣壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率為175Hz左右，試驗(yàn)設(shè)定低通濾波頻率值為1000Hz。組態(tài)低通濾波參數(shù)并下載，在ITCC控制系統(tǒng)上觀察振動(dòng)參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢平穩(wěn)，數(shù)值在10μm13μm之間波動(dòng)。測試設(shè)定低通濾波頻率值為5kHz和10kHz，圖3是頻率設(shè)定值為5kHz的數(shù)據(jù)記錄，圖4是頻率設(shè)定值為10kHz的數(shù)據(jù)記錄。綜上所述，基于理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了保證壓縮機(jī)正常運(yùn)行，保留壓縮機(jī)工作頻率30倍頻以內(nèi)的頻率成分，同時(shí)有效過濾高頻干擾信號(hào)，應(yīng)把低通濾波頻率值設(shè)定在5kHz為宜。經(jīng)過3個(gè)月的運(yùn)行，壓縮機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)正常穩(wěn)定，沒有發(fā)生過一次異常波動(dòng)現(xiàn)象。后來合成氣壓縮機(jī)加入了陜鼓大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)，定期由專家出具機(jī)組健康報(bào)告，從提供的報(bào)告看，合成氣壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，沒有提示振動(dòng)儀表故障或信號(hào)通道故障。4、結(jié)論離心式壓縮機(jī)機(jī)械狀態(tài)數(shù)據(jù)異常的原因很復(fù)雜，分