1 前言
茂石化乙烯空分装置是两套由四川空分设备厂设计制造的，制氧能力为6000m3/h的制氧机，采用的是法国液空技术。
设备配置方面采用国内配套和关键机组国外引进的方案。分离系统主体设备由川空供货，空气压缩机和氮气压缩机由沈阳鼓风机厂供货，氧压机、冰机及液体泵和冷箱各调节阀由国外进口。仪控系统采用美国Honeywell公司的DCS集散控制系统。因此，两套装置均具有80年代国际先进水平。
在空分工艺流程中，离心空气压缩机主要作用是压缩原料空气至工艺操作压力0．55MPa，持续向分离系统提供稳定的操作压力和工艺加工空气，从而分离出合格的氮气和氧气。通过产品压缩机(氮压机和氧压机)产品被加压后送至管网，保证乙烯各套生产装置的用氮和用氧。
由于化工生产装置的特殊性，氮气和氧气必须连续供气，这就决定厂空分装置必须长周期地运转，保证外网用气不能中断。因此，乙烯装置能顺利生产的前提条件就是空分装置长期地供应氮气和氧气，由于原设计中两套空分的离心空气压缩机均无备机，任何一套空分的空压机故障停车均可导致该套空分全线停车，产品外供立刻中断，所以，离心空气压缩机就成为每套空分的关键机组，地位举足轻重。
1998年5月8日B套空分C1001B离心空气压缩机一、二级轴承振动突然增大，并时有波动，到11月份振动值已逼近报警值(70μm，机组联锁停车值为80μm)，且波动趋向频繁，给B套的生产带来厂不稳定的因素。解决C1001B振动的问题已为当务之急。
2 C1001B离心空压机的结构及工作原理
C1001B的型号DH63—17，结构为离心式四级压缩，一个大齿轮同时带一个高速转子和一个低速转于叶轮对气体作功；H轴转速为11953r／rain，L轴为9807r／min。由功率为3700KW的同步电机驱动：如图1所示。
C1001B离心压缩机的工作原理：
自吸风塔经袋式过滤器进入各级叶轮的空气，高速旋转的叶轮对外来气体作功增加厂气体分子的动能，在扩压室、蜗壳和弯道等流道里，高速流动的气体速度在减慢，由于惯性后面气体分子挤近前面速度减慢的气体分子，气体分子间的势能增大而动能减弱，此时气体分子的压力能增大表现在压力升高，整个过程可简单描述为：电机的电能转化工作叶轮的机械能 转化气体分子的压力能。
3 检修前C1001B离心压缩机的工作状况
C1001B解体检修之前，门001B的一、二级轴承振动过大(包括水平和垂直两个方向)，最高时为72μm，经操作人员的及时调整，一、二级轴承振动一直在65μm上下波动，主要表现在以下几个方面：
1．环境气温对该机的影响相当明显：
由于白天与黑夜温差较大，空气密度变化较大，同一人口导叶的开度白天与晚上C1001B压缩机处理的气量也相差2000～3000m3/h，入夜气温下降时C1001B离心压缩机的一、二级振动在上升，随着白班气温上升，一、二级的振动也在趋于减弱和平稳。
2．油温对轴承影响较大
由于循环水温度变化或者换热器冷却效果不好，导致油温上升时，一、二级轴承振动也跟着波动；但若油温偏低时，C1001B离心压缩机一、二：级轴的振动也波动，总之，油温一定控制在一个值上(40℃±1℃)，否则C1001B的振动马上波动。
3．后期C1001B离心压缩机处理量明显减少
早期通过调节油温油压，C1001B离心压缩机一、二级振动还可以控制平稳，但到11月份，C1001B离心压缩机一、二级振动上升到70μm时，居高不下，机组声音也有明显变化，关小入口导叶，降低C1001B的加工气量，振动稍有回落，约2μm。
4．根据DCS系统中各级轴承的历史数据趋势图，可以清楚地看到一、二级的振动从2月份开始到12月份一直在上升，6月份之前上升势头不明显，6、7、8月份上升比较明显为10～203μm，而且波动较为频繁。三、四级轴承振动趋于平稳。
从C1001B机组运行状况，我们可以初步断定，该机组一定存在着问题，但真正的症结在哪里还不能确定，同时为确保乙烯产量达标(1997年)C1001B能否带病运行坚持到1997年底?假若在产量达标之前，C1001B跳停，我们立刻解体检修呢?还是继续再开下去，这段时间里是否会出现设备事故，带着这些问题，机动部在11月份组织了有关人员开了几次碰头会，落实了几套应急方案，同时，也就该机组的实际情况探讨了机组的原因，以采取何种检修方案。
4．数据分析
从每个月的记录，随机抽取10天，又从每天记录中随机抽取10个时间点的C1001B振动值记录，然后，取这些值的平均值作为每天的振动值：再把每月中随机抽出的10天的振动值取平均值作为每月的振动值代表(包括垂直和水平两个方向)。这样，我们就可以得到如下一份表格(表1)
表1 C1001B压缩机月平均振动值
振动值
月份
— 级 二 级 三 级 四 级 人口
导叶
水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直 水平 垂直
2 42 35.4 47.2 17.4 27.1 33.5 20.8 23.6 80%
3 43.5 41.5 48.5 18 26.2 33.2 23 25.8
4 45.1 42.3 50.4 18.6 25.9 33 22.7 25.2
5 47.1 45.8 50.9 21.1 26.6 32.2 22.7 24.7
6 46 43.4 46.4 17.5 25.4 30.7 21 23.5 80%
7 47.2 48.3 44 22.7 25.7 31.1 22.8 24.7
8 51.7 57.3 50.1 31 27 33.1 24.9 27.3
9 54.8 62.8 61.8 37.8 27.5 33.4 25.3 28
10 56.4 64.5 65.1 39.5 27.3 32.9 26.3 29
11 58 67.3 66.4 39.5 26.6 32.3 25.1 28.2 45%
12 56.7 64.2 68.1 39.6 26.8 33.2 25.9 28.8 42%
根据表1内的数据，可以看出一、二级的振动一直在上升，但在6月份以前不明显，在7月份以后上升特别明显，到11月份振动值已接近报警值70μm，C1001B开始降负荷运转，到12月份已降至42％，为厂更直观地分析C1001B的振动，我们把表1中的振动值(各级)作为纵坐标，月份作为横坐标，分别可以得到以下四张趋势图：图2，图3，图4，图5。从图4、图5的趋势图中可直接地看出C1001B的三、四级轴承振动(水平和垂直方向)均变化不大，从图2、图3来看，一、二级轴承(水平和垂直方向)振动变化相当大。
从图2～3可以清楚地看到从1997年6月份开始，一、二级的轴承振动(水平和垂直)，开始缓慢地上升，到达10月份已突破一个比较敏感的数值65μm。(因为C1001B振动值设定70μm报警，80μm连锁停车，假若在65μm上稍有波动，机组振动值有可能上升至报警值)振动最初出现突破增大为5月8日且有波动。在5、6、7三个月的时间里，车间设备组、工艺组和当班操作工共同研究了许多工艺上的调整方法，通过控制润油油压力为0．25MPa油温为40℃，调节一段冷却器水阀控制二段压缩气体的人口温度为38～40℃，效果较为明显，振动能够重新控制平稳，对应图2、图3这段时间振动曲线图变化不大，这是我们控制的结果。但到8月份，振动首次突破50μm期后一直上升，势头相当猛烈，从操作工的日常交接班记录可以看出9、10、11三个月内C100lB机组一、二级轴承振动都在65～70μm之间来回波动，正好应验—厂图2、图3对应的变化。采取调节油温汕压和二段气体入口温度再已收不到预期的效果，从操作记录上看，11月份已破70μm报警，C100IB已到关键时刻，而乙烯达标到达攻坚阶段，从乙烯调度会上得到的消息为乙烯牛产形势一片大好，达标提前的可能性极大， 因此，C1001B振动波动成为上至经理下至操作人员的关注对象。通过研究，我们采取降负荷方法减少加工气量，振动值回落了几个μm值，到12月份，导叶已关至42％，由于接近机组的喘振区，导叶不能再关小，到此，工艺上可以调节的手段全部使用上厂，但是机组振动还是有进一步恶化的趋势。
因此，我们可以初步确定导致C1001B一、二级轴承振动波动大的原因，应该是设备本身的因素。
5 导致机组振动大的几种原因
影响C1001B离心压缩机振动的原因，一般情况下有以—卜几种：
1．轴瓦磨损，致使间隙增大。
2．油质恶化或油温、油压过低。
3．转子叶轮损伤或结垢，致使转子动平衡破坏。
4．大小齿轮啮合不好。
5．振动探头松动。
6．机组发生不同程度的喘振。
第一种情况：存在的可能性极大，但轴承的温度、系统油压没有明显变化，润滑油化验结果机械杂质含量有所上升，但不超标，这说明轴瓦磨损应该不是很严重。
第二种情况：油质恶化或油温、油压过低。由于C1001B采取现场特护，机组油温、油压一直控制较为平衡了；润滑油油质化验结果为油质合格，粘度正常，无水，所以第二种情况可以排除。
第三种情况：转子动平衡受到破坏，可能原因是口十轮损伤或结垢严重。大庆空分厂曾经有过类似情况，故不排除存在的可能。
第四种情况：大小齿轮啮合不好。从图1来看，大齿轮与高速轴和低速轴是分别对称啮合的，假如由于大齿轮与低速轴啮合不好，造成一、二级轴承振动波动大，那么从齿轮对受力来看，一定会影响到高速轴转子的转动情况，自然影响到三、四级的轴承振动。但是，从图4、图5趋势图来看，三、四级的轴承振动很平稳(水平和垂直方向)，只是到后期四级轴承振动才上升4μm。所以说大小齿轮啮合不女子引起低速轴轴承振动波动的可能性相当小。
第五种情况：振动探头松动。如果这种情况存在，那么前期振动均为假值，但从现场机组振动的声音来判断一、二级的轴承振动的确变化很大，测振仪现场测量数据也很接近。况且一、二、三、四级振动探头安装方法相同，试车时均检查签字。故这种可能，陛电很小。
第六种情况：由于出口压力挂分离系统后相当平稳。又有防喘振阀跟踪调节，无大波动，而且人口导叶几乎全开，故喘振根本不存在。
综上所述影响压缩机(C1001B)一、二级轴承振动可能的因素为第一、第三、第四种情况，引起机组振动大的原因可以得到压缩，同时可以推测前期一、二级轴承振动波动相当大，机组带病运行长达6个月之久，因此，轴承磨损引起振动增大应该不是主要原因。
6 状态监测组的意见
自从5月8日机组(C1001B)一、二级轴承振动突然增大后，机动部状态监测组就对C1001B机组实行每周监测一次，情况变化时，随时跟踪监测，及时把数据和意见返回车间，见图6、图7、图8、图9。8月份之前，状态监测组的数据显示C1001B机组的振动正常，频谱没见异常；11月份，机组的振动变化相当明显，状态监测的数据表明C1001B一、二轴承振动(水平和垂直)一直在上升，而且趋势逐步在加剧，频谱分析主导原因为工频增大。状态监测组最后的意见为工频增大，是引起一、二级振动增大在频谱中的直接原因；而机组的频谱图中工频增大代表转子平衡受到破坏。这样的话，监测组的意见与我们原来的推测和分析不谋而合，C1001B的运转令人担忧。
7 导致转子平衡破坏的原因
导致低速轴转子平衡破坏的原因有以下几种：
1．转子叶轮结垢严重。
2．转子叶轮损伤。
3．轴承压盖松动。
拆开机组吸风塔后袋式过滤器的人孔。仔细检查布袋对空气的过滤效果，发现反吹风环卡死，每个布袋上都结一层厚厚的灰尘，C1001B转子叶轮结垢很有可能。但是，由于低速轴的转速为9807r/min，H轴为11953r／min，灰尘在每个叶轮上分布应该是均匀的，所以第一种原因不能算主导。
轴承压盖松动，只能算为一种可能，但来自钳工的意见是这种可能为零。因为机组是1997年1月份检修的，对此，他们相当有信心，剩下的原因就相当明了，转子叶轮受损。但是，叶轮受损的程度如何，到底低速轴是两个叶轮或其中一个叶轮受损还不可以确定。但我们从图2～3可以断定；低速轴的叶轮损伤一开始不大，以后损伤程序逐步在加剧。
解决的办法就是C1001B解体大修，清扫叶轮污垢，修补叶轮重新做动平衡，并更换轴瓦，但机动部的意见是更换备用转子包括大齿轮。于是，决定直接更换新的转子，同时对原来的椭圆瓦实行技术改造，改用可倾瓦。
8 C1001B解体检修情况
1997年底乙烯顺利实现产量达标，1998年1月5日C1001B停车大修，解体后发现，高速轴和低速轴的转子叶轮积尘较多，其中一级叶轮最为严重；二级叶轮有三条裂纹，最长一条为110mm；三、四级轴瓦烧毁，若不及时停车处理，有可能造成重大事故。
根据检修方案更换了高、低速转子和大齿轮；对原先的椭圆瓦作技术改造，改用可倾瓦，同时更换了油封、气封，更换了袋式过滤器，36条过滤布袋。1月19日C1001B大修后试车，相当成功，振动由检修前的70μm降至20μm，而且主电机也由原先的330A降至315A左右。
从C1001B解体检修情况看，轴承的磨损对机组的振动影响确实不是主要原因，因为三、四级轴瓦已经烧毁，但从图4～5趋势看出三、四级的振动还较为平稳。从各级叶轮的结垢情况来看，灰尘的聚积相当均匀，与机组解体的推测相吻合。
9 改造后C1001B的振动情况
自1998年1月19日试车成功以后，改用可倾瓦的C1001B机组运行情况良好。各级振动最高为30μm，电机电流为310～320A，机组的稳定性和机械性能良好，开停车时机组的振动都很小，见图11~13。
10 轴瓦改造后的效益分析
1．轴瓦改造后电机电流从330～341A降到310~320A，降幅达20A。驱动电机为6000伏同步电机，每小时可节约用电20×6000=120000瓦=120千瓦(即120度电)，按每度电0．5元计算，每天节约电费120×0．5×24=1440元，每年节约电费近53万元。
2．轴瓦改造后振动最高为30μm，机组运行的平稳性增强，外网氮气和氧气的供应可靠度提高，乙烯的稳定生产增加了保障，取得了良好的社会效益。
3．由于机组振动问题得到彻底的解决，操作弹性增大，运作周期加长，检修次数减少节约大笔成本投入；同时降低操作工的劳动强度和减轻机、电、仪、车间等各方面的压力。
4．为A套空分的空压机轴瓦改造提供依据。
11 结论
机组的检修基本上验证了解剖前我们对振动原因的推测，经过分析我们可以清楚地得出结论：造成低速轴振动上升且波动大的原因是二级叶轮的裂纹，而这些裂纹是逐步扩大的，振动同样是逐步上升的；高速轴轴承的振动略为上升是由于低速轴振动的影响和三、四级轴瓦的损坏。
可倾瓦的使用情况的确优于椭圆瓦，各方面的性能都得到改善，半年的使用证明了这一观点。
三、四级轴烧损的原因是以前多次晃电后机组带压停车，高速轴振动严重超标造成的。
同时，这次检修的及时间接避免一起重大事故的发生，为设备和人员的安全提供了保障。
