謝才千（中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇泰州２２５３００）［摘 要］：某催化裂化裝置增壓機在某次開機過程中，發生規律異響且振動超標的故障，利用狀態監測手段結合頻譜分析排查故障。發現機組振動過大且規律性異響原因為高速軸平衡鼓松動，使得振動規律性放大。將高速軸平衡鼓緊固后，并進行了高速動平衡，解決了增壓機異響及振動大的問題。［關鍵詞］：催化裂化；增壓機；異響；振動；頻譜中圖分類號：ＴＨ４３２ 文獻標志碼：Ｂ文章編號：１００６－２９７１（２０２４）０２－００６２－０４１ 機組簡介 催化裂化［１］是最復雜的煉油工藝過程之一。其核心動力設備為主風機組、增壓機、富氣壓縮機，被稱為催化核心３機。增壓風機［２］是將主風機出口的空氣提壓后作為催化劑輸送的動力風、流化風、提升風，以保持反再系統催化劑的正常循環，在催化裂化裝置中扮演著至關重要的角色。某催化裝置增壓機１１－Ｃ１０３Ａ＆Ｂ機組型號為Ｄ１２０－１１４。增壓機為懸臂式，電動機驅動增速箱低速軸，通過齒輪嚙合帶動高速軸，葉輪直接安裝在高速軸輸出端，聯軸器為膜片式聯軸器。電機軸承為滾動軸承，齒輪箱軸承均為滑動軸承，齒輪箱齒輪齒數未知。該裝置有兩臺同型號增壓機，一用
一備。主要工藝參數如表１，主要設備參數如表２。
２ 故障現象 ２０２２年５月１１日Ｂ機開機，啟動潤滑油泵，潤滑油系統壓力流量溫度正常。關閉出口閥、入口開１０％，全開防喘振閥。開機后，短時間內，設備出現間歇性的異響，伴隨陣陣“吼叫”聲，且在異響的同時軸承部位振動大幅增加，隨即緊急停車。現場設備人員初步判定該現象是風機喘振現象［３］。３ 故障采集 為了進一步驗證這一現象，排除因喘振帶來的干擾，決定拆除進口蝶閥，改為直通大氣。出口流程改為放空，且出口蝶閥全開。從工藝上排除因入口流量過低以及排氣管路堵塞可能造成的風機喘振。由于該機組沒有安裝在線監測系統，也臨時在軸承部位加裝振動傳感器。３.１ 數據采集方案本次測試只在齒輪箱兩端安裝了１個加速度探頭，電機未測數據，測點位置如圖１所示，使用ＢＨ７０００振動數據采集分析系統，方便連續采集振動數據，便于后期分析。采集系統參數設置如表３。３.２ 數據采集２０２２年５月１３日再次開機。開啟潤滑油泵，啟動增壓機，增壓機入口蝶閥由４０％的開度快速開到最大，此操作是防止因入口閥全開導致啟動過載。開機后，電機振動正常（未采集數據），齒輪箱振動最高達到３５ｍｍ／ｓ，增壓機一直出現有規律的間歇性異常振動大幅振動，且伴隨陣陣“吼叫”聲。運行１５ｍｉｎ后現場緊急停。在此過程中，ＢＨ７０００系統完整的記錄了機組齒輪箱振動數據。４ 振動分析 圖２為４個測點速度的時域圖譜，可以看到４個測點速度值同步變化， 振動速度值最高到３５ｍｍ／ｓ左右，達到最高點之后隨即又下落。振動高點的時間間隔約１８ｓ不等，基本與開機過程中規律性的異響保持一致。從圖譜中可以看出４個測點同步變化，趨勢基本一致，因測點１的振幅相對較高，選中測點１，約２個周期進行分析，截取波形如圖３：由于為離線采集數據，２個采集點的時間間隔約１.８ｓ不等，單次采集時間間隔為１ｓ。現對Ａ點、Ｆ點、Ｇ點振動波形進行時域及頻域分析。Ａ點振動幅值約４～６ｍｍ／ｓ，頻率主要以１２８Ｈｚ的高速軸轉頻－１倍頻為主，并伴隨多次諧波［４］，如圖４、５。其中５０Ｈｚ為低速軸轉頻。圖６和圖７為Ｆ點的時域和頻域分析。Ｆ點振動幅值約４０ｍｍ／ｓ，頻率主要以１２８Ｈｚ的高速軸轉頻為主，并伴隨多次諧波。對比Ａ點，振動幅值有明顯提高，并體現在高速軸轉頻－１倍頻的增加為主。圖８、９是Ｇ點振動的時域和頻域圖，Ｇ點時域及頻域特征與Ａ點類似，說明振動可以復原。圖１０是測點１約３個振動周期的瀑布圖，結合瀑布圖上看，基本可以認為在每一個周期中，其振動增大主要由一倍頻引起，且振動可以恢復。從多個周期來看，基本保持了振動的相似性。由于沒有增加鍵相探頭，對轉子的相位變化不能進行測量，但從振動的相似的周期變化可以判斷，相位與軸振值趨勢應該為同步變化。從工藝流程上，增壓機啟動運行后，進出口管線直通大氣，排除了入口流量低，出口管阻高導致的增壓機喘振問題。結合頻譜分析，頻段上沒有低頻成分，可以認為間歇性異常大幅振動，且伴隨陣陣“吼叫”聲，不是喘振。以１倍頻變化為主的不穩定的間歇性振動主要考慮以下故障類型碰摩［５］、轉子不平衡［６］、聯軸器的不對中［７］、松動［８］等。由于發生轉子不平衡在時域上振動相對比較穩定，即使突發性增大后也會趨于穩定，排除轉子不平衡故障。當發生聯軸器不對中時，振動同樣表現的相對穩定，且隨著增壓機機組負荷變化。機組啟動，閥門開度正常后，機組負荷不會發生變化，如存在不對中等情形，振動應該是穩定的，因此基本可以排除聯軸器的不對中引發的振動。綜上所述，增壓機的類規律性的振動應該為動靜碰磨或部件松動導致，其相應的振動特征在頻譜上能得到對應的表征。５ 檢修處理 根據振動監測的初步分析結果，維修的重點在于排查可能存在的碰磨和松動部位。檢查氣封與轉子部位，發現沒有動靜組件碰磨的痕跡。檢查四處徑向軸瓦，沒有任何異常。最終懷疑的方向轉移到松動，對增壓機的地腳螺栓進行力矩的復合，無異常。唯一可能發生松動的部件僅剩下高速軸的平衡鼓。因不了解高速軸平衡鼓的固定方式，將高速軸返回制造廠，對平衡鼓重新緊固，達到與高速軸徑裝配為過盈配合并作動平衡處理，恢復平衡。再次安裝開機后，增壓機振動恢復正常。振動值一直保持在２ｍｍ／ｓ以下，且穩定。６ 結語 增壓機平衡鼓的松動，在振動頻譜上表現了明顯的特征。在高轉速下，由于松動同樣會導致高速軸與平衡鼓相互碰磨。當摩擦生熱后，在某一瞬間，相互貼合緊固，振動恢復。隨后，又發生松動，振動增大，產生碰磨，如此往復。在振動上表現出以１倍頻變化為主的間歇性的振動。（１）狀態監測對于設備的故障診斷具有重要意義，為設備的維修指明了方向，避免了盲拆過修。（２）增壓機出現類規律的異響，除喘振等由于工藝原因引起的故障外，也可能由于設備的安裝質量，部件的松動等機械原因造成，故障分析要全面。（３）振動趨勢波動，以１倍頻為趨勢變化主導因素，相位與軸振值趨勢同步變化，趨勢變化持續時間以及趨勢變化間隔時間不等，并且軸振值和相位可基本復原的振動是碰磨的表現。參考文獻：［１］ 唐敬坤．催化備用主風機啟機后振動異常的分析［Ｊ］．自動化應用，２０２３，６４（１７）：１２９－１３１．［２］ 代彬，刁全，杜鵬．石油化工催化裂化裝置離心式增壓機的創新設計［Ｃ］．第十八屆沈陽科學學術年會論文集，２０２１：５．［３］ 付嘉寧，周家怡．一種石油化工離心壓縮機防喘振控制技術［Ｊ］．中國科技信息，２０２３，（２０）：１０７－１０９．［４］ 趙麗娜，王猛，鐘震宇，等．振動諧波產生原因分析及其應用［Ｊ］．天然氣與石油，２０２１，３９（０５）：１０７－１１４．［５］ 宋立遠，梁魁西，陶本勇．汽輪發電機組碰摩特征提取技術研究［Ｊ］．工業控制計算機，２０２２，３５（１２）：１２３－１２４．［６］ 段維維．離心泵轉子不平衡與不對中故障檢測方法研究［Ｄ］．安徽工程大學，２０２３．［７］ 宮羽麗，牛慶良．汽動給水泵組齒式聯軸器不對中故障診斷研究［Ｊ］．石油和化工設備，２０２３，２６（０５）：８９－９２．［８］ 王海飛，陳果．連接件松動的非同步振動響應特征分析與驗證［Ｊ］．工程力學，２０１６，３３（０４）：２２５－２３２．作者簡介：謝才千（１９９１－），男，工程師，碩士，現就職于中海油氣（泰州）石化有限公司，主要從事動設備管理工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｅｃｑ＠ｔｚｐｅｃ.ｃｏｍ.ｃｎ
