天然气离心压缩机转子动平衡研究与应用

来源 :中国应急管理科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xxhaizi
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  摘  要:天然气离心压缩机转子结垢,形成渐发性不平衡,导致机组转子旋转时轴系振动高。现场动平衡是一项复杂的作业,以往都是依赖设备厂家服务工程师完成现场动平衡。设备用户针对振动高问题,通过多次摸索,利用艾默生CSI2140振动分析仪自主实现现场动平衡,解决以往现场动平衡多次停开车和繁复的计算问题。
  关键词:离心压缩机;转子结垢;振动;现场动平衡
  中图分类号:TH452                                              文献标识码:A                                              DOI:10.12296/j.2096-3475.2021.05.234
  引言:南海某气田生产平台设置有3台燃气透平驱动的离心压缩机组,为天然气外输提供动力,将天然气增压后通过管道输送至100多公里外的陆地处理终端。在生产过程中,由于离心压缩机转子结垢,导致动不平衡,引起机组振动偏高,甚至振动高高关停机组。有时候通过转子清洗都无法解决振动高问题,需要进行现场动平衡。本文针对解决离心压缩机振动高故障,阐述了用户自主现场动平衡过程。
  一、转子结垢导致动平衡破坏
  该离心压缩机额定转速15000转/分钟,工作转速高于一阶临界转速,属于柔性转子,采用5片式可倾瓦轴承。由于输送的天然气中含有液态水等杂质,压缩后在压缩机叶轮、流道等部件表面附着结垢,导致通过面积减小、输气能力降低、输气能耗增加。若叶轮上所结垢层发生脱落,可造成压缩机转子动平衡破坏,致使压缩机机体振动上升[1],严重时可造成压缩机无法运行,甚至发生安全事故[2] 。由于结垢导致转子不平衡产生的离心力对转子和轴承造成振动冲击,转子每转一周就会对轴承产生一次振动冲击,所以其振动频率对应于转子的振动频率,也就是一倍频率。在机组转速为8622r/min时,采集机组振动频谱如图1。通过图1可以看出在143.7赫兹处的峰-峰值最大,振动峰-峰值为0.64701微米,比其他频率高出一个数量级,振动主要集中在工频。采集的轴心轨迹如图2,轴心轨迹表现为椭圆形。这些是典型的转子不平衡特征。除此之外的特征是振动随着转速的变化而明显变化。当转速稳定不变时,振动也随之稳定,这个过程具有良好的重复性[3]。
  二、现场动平衡方法介绍
  高速旋转设备的现场动平衡主要方法有三圆法和矢量法,这两种方法主要区别在于需要动平衡的旋转设备是否带有键相信号。没有配备键相信号的设备,一般使用三圆法进行现场动平衡。三圆法在平衡测试中,把一定质量试重块分别加载转子同一圆周平面三等分点上,测得转子不平衡量的大小,以此为圆心做三个圆,并汇交于一点,以确定不平衡量的轻点的位置和大小,所以三圆法也成为无相平衡法。三圆法示例如图3由于存在画图的误差和测量的误差,三圆法很难找到三圆交汇于某一点上。
  
  配备键相信号的设备,使用矢量法相对三圆法更方便,因为三圆法需要将试重放在3个不同位置测试轴面水平和竖直两个方向振动的变化,整套完整做下来压缩机至少要启停4次进行数据采集并最终计算具体的配重角度和重量。而矢量法,压缩机一般启停2次即可。因为矢量法把一定质量试重块加载在相对于键相位一定的角度、相对于圆心的一定的距离圆周上测得加试重后的振动矢量,就可以通过原始振动矢量和加试重后的振动矢量计算得出最终配重矢量值。矢量法示例如图4。
  无论采用哪种方法进行现场动平衡,都要先采集数据,加试重,再采集数据,最后通过分析计算得出最终配重的重量和方位(包括方向和半径),若有固定半径的配重盘,还需要对最终配重进行规整。艾默生CSI21400动平衡分析仪采用矢量法,需要先设定好转子和配重盘的相关参数和不同的转速工况并分别采集相应的振动数据后,由动平衡分析仪根据添加配重前后的振动矢量变化自动计算动平衡数据。
  三、使用艾默生CSI21400动平衡分析仪進行现场动平衡
  1.任务设置
  任务设置是整动平衡作业中最非常关键的步骤,每个参数的设置都会关系到能否成功动平衡,而且需要设置的参数非常多。这需要操作者熟悉离心压缩机的结构、转子质量、轴承类型、传感类型、振动探头安装位置、配重面数量、配重块安装半径和配重块规格等。设置界面如图5。
  首先点击艾默生CSI21400面板上的F9键入动平衡应用界面,创建一个现场动平衡任务(job),建议按照设备位号加时间来命名任务,如C2520-20190612-1以方便后期比对查询。
  接着进行任务设置,根据压缩机的结构参数设置动平衡分析仪所需的参数,主要设置参数如下:
  (1)选择配重面数量
  根据离心压缩机配重盘的数量进行设置,只在一端配重则选择1个配重面,前非驱动端同时配重选择2个配重面。配重面的数量一般根据转子的长度和直径的比值(长径比)选择:长径比不大于0.2的,选1个配重面即可;长径比大于0.2的一般选择2个配重面,也可以选择1个配重面。
  确定配重面数量后,需要选择离散或连续模式进行配重调整。如果选择离散模式,则需要设定可配重孔个数和配重放置半径。离心压缩机一般设有离散式配重盘,有固定数量的配重孔数和固定的配重放置半径,可以通过增加配重块(或配重螺栓)来消除动不平衡。   (2)设置测量面参数
  一般有2个测量面,即离心压缩机的驱动端和非驱动端。
  传感器设置参照如下:
  设置传感器类型:振动传感器一般有加速度、速度和位移三种,根据离心压缩机安装的振动传感器类型来选择,一般都是位移传感器。
  设置数据单位:选择峰-峰值
  多路转换器M启用:选择“开”,支持4通道同时采集数据,否则只有2通道同时采集数据。
  传感器电压:选择“关”,除非需要CSI21400供电才选择“开”。
  传感器灵敏度:根据传感器的组态数据设置比较好,一般设定0.2V/EU
  输入带宽:根据实际输入,一般设置为0.1 RPM(转/分钟)
  (3)设置测量点的数量
  根据离心压缩机振动探头安装数量设定测量点的数量,一般有4个测量点,设置如下:
  (4)设置平衡模式
  选择高级模式可使用扩展模块,支持4通道同时采集振动数据,低级模式只支持2通道同时采集数据。
  (5)輸入平衡规范
  根据振动规范要求填1或2。“1”代表峰-峰值振幅在1英寸(25.4μm)以下是可以接受的,“2”则代表峰-峰值振幅在2英寸(50.8μm)以下是可以接受的。如何选择一般是根据API617规定,“转轴振动值不超过公式1中A的数值或50.8μm,并以两者中较小值为准”。
  (6)设置配重质量单位,一般选择“克”为单位。
  (7)转速表设置
  TDC(基准点)设置与离心压缩机键相位一致,键相信号传感器安装位置一般在正上方(12点钟方向)。旋转方向,根据离心压缩机的旋转方向来确定,一般是逆时针方向。
  (8)速度配置
  一般设定5至6个测量转速。最小的测量转速应该比一阶临界转速超高一点,这样可以避免配重后的离心压缩机启动过程中过一阶临界转速时振动偏高。最大的测量转速应该接近机组允许的最大转速,中间几个测量转速应该包含正常允许工况的转速。
  2.采集数据
  在完成任务设置后,第一次采集不加配重情况下的原始数据(也称为参考运行数据),需将离心压缩机转速分别调节至之前速度配置中的各个测量速度,并尽量保持在各个测量转速下离心压缩机运行稳定。并在每个测量速度下采集ABCD四个通道的振动值,采集完成后点击下一个步骤,数据采集完成时将显示【X】。
  采集完不加配重情况下的压缩机振动原始数据后,将离心压缩机停车。在选定的配重面任意一个配重孔安装一个试重块,在艾默生CSI21400输入试重块的质量和位置。试重块质量的大小直接影响到测试效果,试重块质量太小,离心压缩机的振动没有反应;试重块质量太大,可能给高速旋转的离心压缩机带来损伤。一般经验是加试重块后,离心压缩机的振动幅值至少改变原来幅值的30%为佳。对于三圆法,至少要有一次改变原来幅值的30%。试重块质量的经验计算公式如下:
  为了安全起见,一般比照公式(2)计算的结果,适当减少试重块的质量。[4]
  开车,采集加了试重块的振动数据(也称为试运行数据),将离心压缩机转速分别调节至之前速度配置的5个测量转速并保持离心压缩机运行稳定。在每个测量转速下采集ABCD四个通道的振动值,显示【X】代表采集完成。
  采集完试运行数据后,艾默生CSI21400会弹框询问“是否要除去刚才增加的试重块?”选择“是”表示需要将刚才安装的试重块拆除来。选择“否”,则保留测试增加的试重块不拆出。如果选择2个配重面,则需要在第二个配重面重复上述采集试运行数据(第二个配重面加了试重块后的振动数据)。
  3.平衡数据回放及修正运行
  采集完试运行数据后,进入平衡数据回放界面,回放2次采集的振动数据,检查数据是否有效。如数据有效,则进行平衡校正。此时,可以选择增加重量或去除重量2种方式进行动平衡,有配重盘的离心压缩机一般选择增加重量。振动分析仪会自动计算配重方案,包括配重的质量和方位。
  选择采集试运行#1数据后按回车按钮,进入应用重量界面,进行调校运行。点击左侧的“离开试用配重开启”进入“试用配重打开”界面,编辑配重平面和位置,对配重块的质量和位置进行规整。
  在“应用重量”界面点击右下角“估计结果”,进行加配重后不同转速下的振动值预估。一般在估算结果之前,点击ALT键进入计算器模式,或者回顾未加试重块时不同转速下各通道的振动数据。
  输入规整后的配重质量,点击“计算器模式”,设置矢量分解角度和总重量。点击右下角预估试验重量,输入转子重量、配重块放置半径和传感器滞后时间,测点选择平均模式,根据离心压缩机的工作转速选择要动平衡的速度(配重方案选择该转速作为计算基础数据,一般将工作转速的动平衡调整到最佳,其他的转速下振动不是太高即可)。放大系数和输入系统滞后选用默认值即可,不需调整。估算结果会显示每个设定速度下的预计残余振动。
  确定好最近配重的质量和方位,在离心压缩机配重盘上安装配重块或配重螺栓。再启机测试,分别采集速度配置中的各个测量转速4个通道的振动数据,振动分析仪每次都会根据新的数据采集结果产生一个新的配重方案供不断的修正。如果振动值已经符合要求,则停止动平衡。
  四、应用实例
  在最近2年,笔者曾利用振动分析仪成功实施了4次离心压缩机现场动平衡,包括2个海上平台的3种不同型号离心式压缩机。其中2019年2月1日,对某平台C3353型离心压缩机进行现场动平衡。该压缩机额定转速为12000r/min,实际工作转速为8000r/min至10080r/min,一阶临界转速为6053 r/min,转子质量约为145kg,转子半径12in,配重块放置半径为49.5mm。由于转子结垢,压缩机非驱动端X向振动值高达51μm,非驱动端Y向振动值为52μm,已经超过报警值(50.8μm),对压缩机进行转子清洗后,振动状况没有好转,且有继续增加的趋势,所以进行了现场动平衡处理。按照上述步骤进行参数设置、数据采集、平衡数据回放和修正运行。测量转速设定如下:测量转速1=6120 r/min, 测量转速2=7836 r/min ,测量转速3=9000 r/min, 测量转速4=9600 r/min, 测量转速5=10080 r/min。配重面数量选择1个,只在非驱动端动平衡盘进行配重。动平衡盘有17个配重块放置孔。利用公式(2)计算出试重质量约为4.6g,于是在第16孔位加1.6g,在@17孔号位加3.2g进行测试。得出配重方案如下图:方案1:在14号孔位配重4.3g,在15号孔位配重3.2g。
  方案2:在13号孔位配加3.2g,在15号孔位配重2.7g。
  估计结果比较发现,方案1在测量速度1=6120 r/min情况下,大于临界转速,临界转速附近的振动值不允许过高,否则启动时可能会造成振动高关停而无法启机,这样就失去了转子动平衡的前提。方案2在测量转速5=10080 r/min情况下,最大振幅是驱动端X向,只有1.16in(1=33μm),满载转速时最大振动值只有37μm左右,因此选择了方案2。配重后,启机测试,振动最大值约34μm,比较接近预估结果。
  利用振动分析仪根据测量速度计算出不同的配重方案。
  五、结论
  本文详细介绍了利用艾默生CSI2140振动分析仪进行了现场动平衡的步骤和注意点。按照该方法成功实现了不同气田的不同天然气离心压缩机的现场动平衡。艾默生CSI2140振动分析仪主要采用矢量法,并且按照步骤,可以进行傻瓜式现场动平衡,不需要在现场进行大量的计算,启停机的次数较三圆法少,而且能够预测配重后的情形,估算结果会显示每个设定的速度下的预计残余振动。关键点主要是相关参数的设置,这要求实施者必须对要进行动平衡的设备非常熟悉,比如熟悉设备的结构、转子的重量、轴承类型、配重盘半径和配重孔数量、振动探头和键相位的安装方位等。
  参考文献:
  [1]姚林德,俞建良,张德国,佟毅.MVR蒸发系统进口离心风机叶轮结垢的振动故障判断及消除策略[J].当代化工,2018,47(05):988-990+994.
  [2]高义,金硕,张泽,王厚锐,周湃.压缩机组故障统计及故障树分析[J].油气储运,2017,36(12):1457-1461+1466.
  [3]白晖宇,朱瑞,孟光.透平压缩机转子系统常见振动故障分析及处理[J].风机技术,2012(04):85-88.
  [4]全红飞,王胤龙,郭九梅.离心压缩机现场动平衡[J].风机技术,2014,56(S1):149-152.
  (中海石油有限公司湛江分公司  广东湛江  524057)
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