作者：桑贤伟。
作者简介：桑贤伟，男，1990年5月出生，本科学历，工程师，2014年毕业于黑龙江科技大学机械电子工程专业，现在呼伦贝尔金新化工有限公司设备管理中心从事全厂转动设备技术管理工作。
摘要：针对液化天然气氮气压缩机轴瓦振动上涨现象，进行各方面因素排查，确认在压缩机停机过程中，出口放空管线较细，放空不及时，造成压缩机转子受气流扰动失稳，引起轴瓦磨损。通过实施相应的处理措施，彻底解决了氮气压缩机轴瓦振动上涨问题，保障了机组的稳定运行。
关键词：氮气压缩机；轴瓦振动；放空；气流扰动
1概述
呼伦贝尔金新化工有限公司富甲烷气提纯技术改造项目于2019年11月投产，液化天然气氮气压缩机组是液化天然气装置关键核心设备，氮气压缩机由一缸二段组成，压缩机、汽轮机安装在公用钢底座上，整个机组采用润滑联合油站供油，压缩机开车时间及运行参数变化如表1所示。
从驱动端看压缩机，机组呈顺时针旋转[1]。自机组投用以来，启、停车比较频繁，压缩机驱动端和非驱动端的4个振动监测点随开车次数的增加，均有所上涨，其中压缩机排气侧轴振动自初始开车振值8μm上涨至40.4μm，压缩机轴位移随开车次数逐年递增，从0.212mm上涨至0.284mm，压缩机停机过程中，主推力轴承瓦温增高，轴位移变化较大，压缩机测点参数突变大，给机组稳定运行带来极大隐患。
2压缩机概况
压缩机主要参数如表2所示。
液化天然气氮气压缩机型号为2MCL405，是一种多级离心压缩机，机壳为水平剖分式。压缩机主要由定子（机壳、隔板、密封、平衡盘密封）、转子（主轴、叶轮、隔套、平衡盘、轴套、半联轴器等）及支撑轴承、推力轴承、轴端密封等组成。
压缩机径向轴承为五油楔可倾瓦结构，瓦块为“下三上二”布局，轴承采用强制润滑，润滑油型号为昆仑L-TSA46，该形式径向轴承瓦块能随着转速、载荷及轴承温度的不同而自由摆动。工作状态下，强制润滑将油带入轴与瓦块之间，在轴颈和轴瓦之间形成多个进油口大、出油口小的圆弧形楔状油膜，建立起油膜压力以承受载荷，且各个油膜压力总是指向中心。当负荷发生变化时，瓦块角度随之变化，形成与工况匹配的油膜楔形和刚度，从而达到最好的支撑效果。
3振动上涨原因分析
压缩机轴瓦振动的因素较多，如探头装配松动、轴瓦接触不良、轴系对中差、油膜涡动、气流激振、动静摩擦、转子动平衡不好及工况波动等[2]。根据压缩机检修经验，不断排除因素，缩小检查范围，最后将分析重心集中到以下方面，并逐一排查。
3.1润滑油品质
油质酸性增大，机械杂质增多，对密封的腐蚀很大，造成密封或轴磨损，表面光滑度降低，会导致振动增大[3]。对2020年1月—2021年7月氮气压缩机组润滑油月度检验报表进行抽查，润滑油的黏度、闪点、酸碱值、水分和机械杂质并未发现异常，如表3所示。因此排除润滑油品质的因素。
3.2轴瓦本身的问题
3.2.1间隙超差
通过本次大修检查，压缩机非驱动端轴瓦间隙为0.20mm，超设计值上限0.077mm，其余轴瓦数据均符合设计要求，因此非驱动端轴瓦间隙是引起压缩机振动上涨的原因之一，压缩机轴瓦参数如表4所示。
3.2.2瓦块缺陷
经检修拆卸检查，轴承可倾瓦块活动灵活，红丹接触检测，轴与瓦的接触、瓦枕与轴承座的接触、轴承座与下缸体接触均良好，压缩机轴瓦瓦块及主、副推瓦块出现不同程度磨损痕迹，瓦块磨损数据如表5所示。瓦块磨损是导致轴瓦间隙超差的原因之一。
3.2.3轴径缺陷
经拆卸检查，压缩机轴径、推力盘出现不同程度磨损，轴径及推力盘表面有较深的磨痕，但整体轴径磨损量较小，轴径及推力盘需要打磨抛光处理后进行使用，轴径及推力盘磨损数据如表6所示。由此可见轴径的磨损也是导致轴瓦间隙超差的原因之一。
3.3对中不良
转子对中不良引起的振动多表现在联轴器附近的两个轴承上[4]。根据近两年的运行数据，只有压缩机四点振动在随开车逐次上涨，汽轮机振值未发生上涨现象。以2021年7月检修前的冷态对中数据进行分析和计算，画出机组汽轮机—压缩机实测轴系冷态对中数据，找正要求为开口允许最大误差0.02mm，外圈允许最大误差0.03mm，氮气压缩机水平方向冷态对中如图1所示。
根据作图，有：
式中：α—实测压缩机下张口，取-0.04mm；
d—联轴器找正轮盘直径，取320mm；
x—压缩机前猫爪水平方向需要移动的距离，mm；
e—实测冷态水平中心偏移量，取0.18mm；
L1—前猫爪至联轴器端的距离，取400mm；
L—汽轮机—压缩机轴间距，取646.85mm；
y—压缩机后猫爪水平方向需要移动的距离，mm；
L2—压缩机前、后猫爪的距离，取1150mm。
将数据带入，得：x≈0.05mm，y≈-0.09mm。即水平方向上，实际冷态与设计冷态相比，压缩机前脚偏北0.04mm，后脚偏南0.09mm，排除对中不良引起的压缩机振动上涨原因。
3.4油膜涡动和振荡
油膜涡动和振荡多发于设备运行过程中的突发状况[5]，由于该压缩机振动上涨发生在每次开车后，振动上涨到一定值后稳定运行，轴温未发生明显变化，因此可排除油膜问题引起的振动。
3.5动、静部件摩擦及转子跳动[6]
2021年7月揭盖大修中，检查动、静部位配合间隙，及转子跳动情况，未发现异常及超差情况，因此可排除动、静部件摩擦及转子跳动引起的振动。
3.6工艺流程及工况波动
调取压缩机运行数据发现每次停车过程中，压缩机轴位移及推力瓦温跟随一段入口压力、防踹振阀开度上涨，停车过程中，轴位移从0.04mm瞬间上涨至0.32mm，主推力瓦温瞬间上涨，涨幅较大，15min后转速降低，轴位移及主轴瓦温降低，压缩机入口高压力持续近60min才降低，说明机组泄压较为缓慢，导致机组转子受力较大，可能会对压缩机组轴瓦造成一定损伤。经过排查压缩机出口无放空管线，只在压缩机缸体下方有一根DN15mm的放空管，压缩机放空不及时，转子受气流扰动失稳，导致轴瓦损伤，因此压缩机停车过程中介质放空不及时是导致压缩机轴瓦慢性损伤的主要原因。
综合以上各方面因素的分析，可以推论：①引起液化天然气氮气压缩机轴瓦振动高的主要原因为轴瓦、轴径磨损，轴瓦间隙超差[7]；②引起液化天然气氮气压缩机轴瓦振动随机组每次开车上涨的主要原因为压缩机停机过程中介质气放空不及时，转子受较大的轴向力，导致压缩机轴瓦、轴径、推力盘、推力轴承出现慢性损伤[8]，每一次损伤造成压缩机下一次运行过程中振动上涨一次，直至轴承损伤严重后振动达到跳车值，设备无法运行。
4解决措施
1）更换磨损的轴瓦，修复压缩机转子轴径，使轴承装配间隙达到设计要求。氮气压缩机驱动端轴径打磨至79.96mm，油封处打磨至79.95mm，目前轴径处无高点，非驱动端轴径打磨至79.98mm，表面打磨无高点。
2）在压缩机出口管路上新增DN80mm放空管线，如图2所示，优化工艺流程，停机过程中通过防喘振阀调整放空阀开度，使压缩机正常放空停机。
措施实施后氮气压缩机组在2021年8月9日和11月23日两次开车过程中，压缩机振值未出现上涨，压缩机4个振动点对比均有所下降，排气侧轴振动比检修前下降30μm以上，且停机过程中再未出现压缩机轴位移增大情况，问题得到解决。
参考文献
[1] 沈阳鼓风机（集团）有限公司. 氮气压缩机组随机资料[Z]. 2019.
[2] 尚恩清，董友. 离心压缩机的振动分析及解决措施[J]. 风机技术，2011，53（4）：69-71.
[3] 苏军生. 化工机械维修[M]. 北京：化学工业出版社，2010：118.
[4] 杨建刚. 旋转机械振动分析与工程应用[M]. 北京：中国电力出版社，2008：68-74.
[5] 姜培正. 过程流体机械[M]. 北京：化学工业出版社，2011：114-120.
[6] 王书敏，何可禹. 离心式压缩机技术问答[M]. 北京：中国石化出版社，2005：32.
[7] 赵国利，齐俊梅，任涛. 状态检测技术在BCL506离心压缩机故障诊断上的应用[J]. 风机技术，2011，53（4）：80-82.
[8] 成大先. 机械设计手册[M]. 第5版. 北京：化学工业出版社，2014：119-122.
ANALYSIS ON LARGE VIBRATION OF BEARING BUSH OF NITROGEN COMPRESSOR
Sang Xianwei
（Hulun Buir Jinxin Chemical Co.，Ltd.，Hulun Buir 021506）
Abstract：Large vibration on nitrogen compressor bearing bush in LNG plant was investigated. It’s foundthat during shutting down the compressor，the venting line was too thin to vent in time，causing the unsteady air flow disturbance on compressor rotor and the damage bearing bush. Corresponding measures were taken to solve the vibration thoroughly and to assure the steady operation of the compressor.
Key words：nitrogen compressor；bearing bush vibration；vent；airflow disturbance
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