重催裝置富氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)異常突振故障診斷

雒進(jìn)明，李錦龍，尹金明，余永增

（中國(guó)石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司，甘肅 蘭州 730060）

某煉油廠300萬(wàn)t/年重油催化裝置富氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)自2009年10月起不定期發(fā)生異常振動(dòng)突跳，嚴(yán)重時(shí)造成數(shù)次連鎖停車故障。為保障生產(chǎn)，一般故障停車后僅對(duì)其進(jìn)行濕蒸汽吹掃，進(jìn)而開車運(yùn)行，但一段時(shí)間后故障會(huì)再次發(fā)生，給裝置運(yùn)行和生產(chǎn)帶來(lái)很大困難。結(jié)合汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)參數(shù)值及頻譜，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行拆檢，找出故障原因并加以排除十分必要。

一、汽輪機(jī)突振故障檢測(cè)及診斷

1.汽輪機(jī)故障描述

2010年1～8月，富氣壓縮機(jī)組累計(jì)因汽輪機(jī)振動(dòng)值超過(guò)聯(lián)鎖停車值（87.5μm）停車七次。從在線監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，每次停車前四個(gè)軸振動(dòng)監(jiān)測(cè)值先出現(xiàn)小幅波動(dòng)（峰值19μm），繼而有小幅突振（最大振幅27μm），隨后振幅迅速增大，持續(xù)5min左右后位號(hào)為VT3698X監(jiān)測(cè)值（汽輪機(jī)前端，非聯(lián)軸器側(cè)）先達(dá)到停車值，3s后停車。從汽輪機(jī)軸振動(dòng)開始波動(dòng)到機(jī)組停車共10min左右，而之前四個(gè)軸振動(dòng)趨勢(shì)一直比較平穩(wěn)。故障發(fā)生前，潤(rùn)滑油與控制油溫度及壓力、蒸汽入出口壓力及溫度、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、軸瓦溫度及振動(dòng)等都在允許范圍之內(nèi)，工藝操作平穩(wěn)。

2.汽輪機(jī)突振檢測(cè)及診斷

僅靠在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能確切反映故障原因，需對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行離線檢測(cè)，以期捕捉到故障時(shí)的振動(dòng)信息。汽輪機(jī)突振時(shí)，前端振動(dòng)值率先達(dá)到停車值，故前端是振動(dòng)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。經(jīng)2011年1月18日在線監(jiān)測(cè)，振動(dòng)值突然增大時(shí)，1×、2×、3×、4×增幅明顯，尤其以1×增幅最大（6～10倍）。此外，從在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)S8000上觀察汽輪機(jī)前端在當(dāng)日14：27和14：42處的軸心軌跡圖，未發(fā)現(xiàn)軌跡異常，只是振動(dòng)幅值增大。振動(dòng)值突變前后，汽輪機(jī)頻譜差異只表現(xiàn)在振動(dòng)幅值的加大。這是典型的碰摩嚴(yán)重時(shí)的頻譜，此時(shí)振動(dòng)幅值和相位不再波動(dòng)。由此初步判斷，汽輪機(jī)異常突振時(shí)轉(zhuǎn)子與靜葉間出現(xiàn)嚴(yán)重碰撞和摩擦。

引發(fā)汽輪機(jī)碰摩的原因有汽輪機(jī)軸瓦磨損、轉(zhuǎn)子彎曲、蒸汽品質(zhì)不好等。從故障過(guò)程看軸瓦瓦溫及振動(dòng)在故障初期正常，如轉(zhuǎn)子彎曲不平衡，汽輪機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)一定很大，從而確定前兩者不是汽輪機(jī)突振的主要原因。推斷蒸汽品質(zhì)不佳，使汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后積鹽，需對(duì)汽輪機(jī)停機(jī)開蓋檢查，找出故障源。

二、汽輪機(jī)解體檢查

對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行解體檢查后發(fā)現(xiàn)：殼體與轉(zhuǎn)子同心度、轉(zhuǎn)子下沉度、氣壓機(jī)組對(duì)中精度、汽封間隙等均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

1.軸瓦檢查

前后徑向軸承瓦塊有不同程度磨損，潤(rùn)滑油有可能變質(zhì)，使所有接觸油的部位表面發(fā)黑。聯(lián)軸器側(cè)軸頸處有腐蝕痕跡。

在瓦背、軸瓦兩側(cè)主軸上分別放置一百分表，用抬軸法測(cè)量軸瓦間隙，測(cè)得前后（聯(lián)軸側(cè)） 軸瓦間隙分別為0.28mm和0.295mm。

為得到軸瓦間隙的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)前后軸瓦瓦塊厚度、軸頸直徑、瓦座外徑及厚度等進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，分別取五塊瓦塊厚度的平均值進(jìn)行計(jì)算，得前后軸瓦間隙為0.29mm和0.28mm。因汽輪機(jī)后端軸瓦間隙在上限，非連軸器側(cè)瓦間隙超標(biāo)，對(duì)兩側(cè)徑向軸承瓦塊進(jìn)行更換，測(cè)得連軸器側(cè)與非連軸器側(cè)軸瓦間隙分別為0.26mm（標(biāo)準(zhǔn)為0.188～0.307mm） 和0.19mm（標(biāo)準(zhǔn)為0.150～0.249mm）。

測(cè)得推力軸承間隙為0.48mm，止推軸承有磨損，間隙超標(biāo)（推力間隙標(biāo)準(zhǔn)值為0.30～0.455mm）。更換主推瓦塊后，測(cè)得推力軸承間隙為0.28mm，小于要求間隙的最小值，對(duì)副推瓦塊研磨后測(cè)得推力軸承間隙為0.34mm。

2.汽輪機(jī)高壓段積鹽

拆檢發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)動(dòng)、靜葉及汽封表面有一層鐵銹紅色的垢，硬度不高。在高壓段動(dòng)、靜葉片及整個(gè)蒸汽通流部分附著有白色顆粒狀物質(zhì)，尤其是靜葉片上結(jié)垢較多，上下靜葉結(jié)垢程度基本一致，該垢溶于水，經(jīng)判斷，認(rèn)定該物質(zhì)的主要成分為鈉鹽，并含少量硅酸鹽。過(guò)熱蒸汽中如果含有鹽，其溶解度隨壓力降低而減小，以固態(tài)析出，在高壓段蒸汽通流部分沉積。

3.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)

對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，清理清洗前后分別對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了低速動(dòng)平衡測(cè)試，清理清洗前，剩余不平衡量為4 421.8g·mm，對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)垢進(jìn)行清理清洗后，剩余不平衡量為2 344.8g·mm。此時(shí)，按不平衡量公式U=30G×M/（n×π）（式中G為動(dòng)平衡等級(jí)，M為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，n為工作轉(zhuǎn)速）反算得動(dòng)平衡等級(jí)G為3.0276。按通用規(guī)定不超過(guò)2.5級(jí)，由于該汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為撓性轉(zhuǎn)子，此轉(zhuǎn)子剩余不平衡量超出不多，故不對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行調(diào)整。動(dòng)平衡結(jié)果良好。

三、汽輪機(jī)異常突振故障分析及改進(jìn)

1.故障診斷

綜合汽輪機(jī)外觀及解體檢查數(shù)據(jù)分析，瓦間隙接近上限，使主軸下沉度偏大，軸頸沒有磨損。但這不足以使汽輪機(jī)產(chǎn)生異常振動(dòng)突跳而聯(lián)鎖停機(jī)。

結(jié)合檢測(cè)頻譜及拆檢情況，汽輪機(jī)高壓段動(dòng)、靜葉片及圍帶頂部有大量積鹽，對(duì)轉(zhuǎn)子造成托舉作用（相當(dāng)于氣相軸承支撐作用），轉(zhuǎn)子振動(dòng)逐漸減?。划?dāng)積鹽逐漸增多到動(dòng)、靜葉部分結(jié)鹽碰摩時(shí)，由于鹽分強(qiáng)度較軟，碰摩后大量脫落，致使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡受到嚴(yán)重破壞，轉(zhuǎn)子振動(dòng)突增。因鹽分較軟，對(duì)汽封、動(dòng)葉片、靜葉片未造成磨損破壞。

鹽分脫落瞬間轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞后轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)，加之汽輪機(jī)后端瓦間隙接近上限，前端瓦間隙嚴(yán)重超標(biāo)，使汽輪機(jī)振幅瞬間劇增，造成汽輪機(jī)聯(lián)鎖停車。當(dāng)用濕飽和蒸汽進(jìn)行吹掃后，鹽被吹掉，汽輪機(jī)能平穩(wěn)運(yùn)行一段時(shí)間，之后積鹽，周而復(fù)始。

2.改進(jìn)及建議

鍋爐排污系統(tǒng)不完善或排污不及時(shí)，爐水含鹽增加，因汽包汽空間高度不適合，使水汽分離效果不好，蒸汽帶水嚴(yán)重，導(dǎo)致余熱鍋爐蒸汽品質(zhì)惡化。當(dāng)蒸汽在汽輪機(jī)中作功壓力與溫度降低后，蒸汽中原先溶解的鹽分析出并附著在葉片表面，形成積鹽。此后，葉片表面附著鹽分的速度將大大增加，葉片線形改變，葉片間的汽流通道變窄，汽流通過(guò)葉片時(shí)造成擁塞，干擾汽流在該級(jí)葉片中的流速和方向；當(dāng)積鹽增大到蒸汽通流部件阻塞，甚至鹽粒與汽封卡阻，會(huì)造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)而連鎖停車。可見嚴(yán)格控制進(jìn)入鍋爐水中的雜質(zhì)量，執(zhí)行水質(zhì)控制指標(biāo)，優(yōu)化水汽分離對(duì)汽輪機(jī)的優(yōu)質(zhì)運(yùn)行十分重要。

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