YL-16000煙氣輪機(jī)振動(dòng)原因分析及處理

趙大年

（中海石油寧波大榭石化機(jī)動(dòng)部，浙江 寧波 315000）

1 裝置設(shè)備及背景簡(jiǎn)介

中海石油大榭石化有限公司220萬(wàn)噸/年催化裂解(DCC)裝置是國(guó)內(nèi)DCC工藝規(guī)模最大的裝置，能量回收三機(jī)組即主風(fēng)機(jī)組由YL-16000E型煙氣輪機(jī)和AV80-11軸流壓縮機(jī)、MAAG生產(chǎn)的GD-63型變速箱及YCH1120-4WTH型電機(jī)和潤(rùn)滑油系統(tǒng)組成，在國(guó)內(nèi)催化裝置中屬于大型機(jī)組。

因DCC裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)與常規(guī)催化有較大的區(qū)別，國(guó)內(nèi)DCC裝置的煙機(jī)運(yùn)行一般不超過(guò)6個(gè)月就因?yàn)榇呋瘎┙Y(jié)垢、沖刷造成煙機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定而開(kāi)備用主風(fēng)機(jī)，切除煙機(jī)進(jìn)行非計(jì)劃?rùn)z修，裝置降量運(yùn)行，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

我公司DCC裝置從2016年11月起，煙機(jī)軸振動(dòng)出現(xiàn)間斷波動(dòng)現(xiàn)象，且隨著時(shí)間的推移，波動(dòng)幅值呈增大趨勢(shì)，至2017年2月，最大峰值由44.5μm達(dá)到68μm，影響到煙機(jī)的安全運(yùn)行，必要時(shí)需切除煙機(jī)，如果備機(jī)運(yùn)行，裝置只能到70%的設(shè)計(jì)負(fù)荷，這樣將直接嚴(yán)重影響裝置的經(jīng)濟(jì)效益。為了保證催化裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，為公司創(chuàng)造最大經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)備主管部門(mén)機(jī)械動(dòng)力部組織生產(chǎn)運(yùn)行六部研究、探討、調(diào)整工藝和設(shè)備操作參數(shù)，使煙機(jī)振動(dòng)降低，達(dá)到機(jī)組長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行的目的。

2 原因分析確定方向

2.1 設(shè)備概貌圖和測(cè)點(diǎn)布置圖（圖1）

2.2 VTI1512X/Y振動(dòng)趨勢(shì)及波形、頻譜圖（圖2）

2.3 VTI1512X/Y的一倍頻振動(dòng)幅值、相位趨勢(shì)圖（圖3）

2.4 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析

機(jī)組自2016年6月14日開(kāi)車(chē)運(yùn)行至今，煙機(jī)側(cè)振動(dòng)偶爾存在波動(dòng)。近期振動(dòng)波動(dòng)頻率明顯提高，且幅值較高，驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)存在報(bào)警。

圖1 機(jī)組概貌及測(cè)點(diǎn)布置

圖2 VTI1512X/Y振動(dòng)趨勢(shì)及波形、頻譜圖

圖2為煙機(jī)非驅(qū)動(dòng)端、驅(qū)動(dòng)端各測(cè)點(diǎn)在1月30日23:50前后振動(dòng)升高時(shí)的趨勢(shì)及波形、頻譜圖。從頻譜圖中可以看出，煙機(jī)非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)較低但X2倍頻較高，煙機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)較高，且以X1倍頻為主要成分。從波形圖中可以看出，振動(dòng)值最大的測(cè)點(diǎn)VTI1512Y存在振動(dòng)當(dāng)量約9μm左右的電氣不平度，使其測(cè)量振動(dòng)值比實(shí)際振動(dòng)值偏大。振動(dòng)波動(dòng)過(guò)程中，從開(kāi)始上升到恢復(fù)到之前狀態(tài)，持續(xù)時(shí)間約20分鐘左右。

圖3為煙機(jī)各點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)間的X1倍頻幅值、相位趨勢(shì)圖。從圖中可以看出，振動(dòng)波動(dòng)期間，煙機(jī)X1倍頻幅值、相位變化均較大。

圖3 VTI1512X/Y的一倍頻振動(dòng)幅值、相位趨勢(shì)圖

另外，從煙機(jī)兩端軸承振動(dòng)波動(dòng)前后軸心軌跡對(duì)比圖看，兩端軸心軌跡在振動(dòng)升高后都發(fā)生了明顯變化，非驅(qū)動(dòng)端波形存在輕微“削峰”現(xiàn)象。

2.5 診斷結(jié)果

（1）煙機(jī)各測(cè)點(diǎn)存在振動(dòng)升高后再恢復(fù)到之前狀態(tài)的現(xiàn)象，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，不能排除煙機(jī)轉(zhuǎn)子與靜止部件對(duì)應(yīng)表面之間結(jié)垢造成間隙過(guò)小而碰磨的可能，并與煙機(jī)輪盤(pán)冷卻蒸汽帶液、煙機(jī)進(jìn)氣流量波動(dòng)等因素造成轉(zhuǎn)子短時(shí)間內(nèi)不平衡狀態(tài)變化有關(guān)，且在振動(dòng)升高過(guò)程中煙機(jī)轉(zhuǎn)子與氣封等部位存在輕微碰磨。（2）煙機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)測(cè)點(diǎn)存在電氣不平度，其中測(cè)點(diǎn)VTI1512Y存在振動(dòng)當(dāng)量約9μm左右的電氣不平度，導(dǎo)致測(cè)量振動(dòng)值比實(shí)際振動(dòng)值偏大。（3）煙機(jī)轉(zhuǎn)子的同軸度精度較差，并使轉(zhuǎn)子在受到擾動(dòng)時(shí)振動(dòng)變化較大。

2.6 確定攻關(guān)方向

鑒于以上分析，考慮煙機(jī)氣封為蜂巢密封，煙氣中的催化劑易于堆積，且難于吹掃，長(zhǎng)期堆積易導(dǎo)致摩擦轉(zhuǎn)子，另外，催化劑粉塵在機(jī)殼底部的沉積也會(huì)引起動(dòng)靜部件的摩擦振動(dòng)。故從如何減少催化劑堆積入手，確定方向，展開(kāi)攻關(guān)。

3 采取的相應(yīng)措施

（1）2016年6月14日三旋出口（雙閥前）粉塵濃度均值為14.5mg/m3，2017年2月24日三旋出口（煙機(jī)前）粉塵濃度均值為93mg/m3。粒度分析結(jié)果是三旋出口的粉塵粒徑較小，小于1.26um的顆粒占27.37%；小于3.98um的約占91%，通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知煙機(jī)入口煙氣大顆粒催化劑含量很少，但是小顆粒催化劑含量較多，小粒徑催化劑含量增多，則催化劑易在煙機(jī)內(nèi)件表面結(jié)垢、粘附并沖刷部件?？紤]煙機(jī)氣封為蜂巢密封，煙氣中的催化劑易于堆積，且難以吹掃，長(zhǎng)期堆積易導(dǎo)致摩擦轉(zhuǎn)子。查看煙機(jī)氣封密封蒸汽壓差相對(duì)較小，計(jì)劃逐步提至50kPa觀察，且每班對(duì)煙機(jī)氣封吹掃1次，一天吹掃3次。同時(shí)煙機(jī)底部排空采取煙氣長(zhǎng)排的方式，防止催化劑粉塵在機(jī)殼底部的沉積引起的動(dòng)靜部件的摩擦振動(dòng)。（2）嚴(yán)格控制輪盤(pán)冷卻蒸汽溫度和蒸汽用量：提高輪盤(pán)冷卻蒸汽的溫度，要求控制指標(biāo)不低于285℃，防止蒸汽帶水。同時(shí)根據(jù)煙機(jī)設(shè)計(jì)文件，按照輪盤(pán)冷卻蒸汽用量的下限控制，輪盤(pán)冷卻蒸汽量由1100kg/h減少到800kg/h，在保證輪盤(pán)溫度控制指標(biāo)的條件下，盡量降低蒸汽用量，減少蒸汽品質(zhì)的變化對(duì)煙氣中攜帶的催化劑細(xì)粉在煙機(jī)內(nèi)葉片、葉片根部、圍帶、殼體、氣封等部位粘附、堆積、結(jié)垢的影響。（3）在煙氣采樣中發(fā)現(xiàn)，煙氣放空采樣口瞬間有連續(xù)水滴，采樣槍持續(xù)有凝水現(xiàn)象。根據(jù)以上結(jié)果，煙氣中可能存在含水量較大的問(wèn)題，工藝采取降低反再系統(tǒng)蒸汽用量大約3t/h的措施，避免帶液造成催化劑堆積，也減少催化劑的高溫?zé)岜榔屏殉尚×降膸茁省＃?）另外，石科院重新對(duì)催化劑的配方進(jìn)行優(yōu)化，使用配方優(yōu)化后的催化劑。

4 印證采取措施后的效果

經(jīng)過(guò)近1個(gè)月的運(yùn)行，效果顯現(xiàn)：煙機(jī)振動(dòng)振幅逐漸減小，波動(dòng)間隔時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，由最頻繁的10天出現(xiàn)8次報(bào)警（超過(guò)65μm）到10天左右出現(xiàn)一次報(bào)警，最后進(jìn)入7月后再?zèng)]有出現(xiàn)明顯的振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象，煙機(jī)運(yùn)行狀態(tài)趨于穩(wěn)定。此舉有效解決了煙機(jī)振動(dòng)波動(dòng)影響能量回收三機(jī)組安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行的難題。2016年9月RIPP(中石化石油化工科學(xué)研究院）與SEI（中國(guó)石化工程建設(shè)公司）兩家設(shè)計(jì)單位參與我公司裝置運(yùn)行參數(shù)、產(chǎn)品指標(biāo)、設(shè)備參數(shù)標(biāo)定，均達(dá)到或個(gè)別高于設(shè)計(jì)參數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

催化裂解（DCC）工藝與常規(guī)催化在設(shè)計(jì)方面有較大的區(qū)別，例如兩器水汽分壓大；催化劑粒徑小、磷含量高；煙機(jī)入口煙氣壓力低、線(xiàn)速低等這些條件的變化都增加了煙氣中催化劑細(xì)粉在煙機(jī)動(dòng)靜部件上的結(jié)構(gòu)和粘附力，給煙機(jī)的操作帶來(lái)了很大的難度。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)DCC裝置的煙機(jī)運(yùn)行一般不超過(guò)6個(gè)月就因?yàn)榇呋瘎┙Y(jié)垢、沖刷造成煙機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定而開(kāi)備用主風(fēng)機(jī)，裝置降量生產(chǎn)，切除煙機(jī)進(jìn)行檢修，這給企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。該課題研究與實(shí)施對(duì)催化裝置的平穩(wěn)運(yùn)行和取得的經(jīng)濟(jì)效益明顯，此舉不僅延長(zhǎng)了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行周期，而且從中取得了寶貴的煙機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)，作為國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的DCC裝置，摸索和開(kāi)創(chuàng)的DCC工藝中煙機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行的操作技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，在煉化行業(yè)中值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]YL-16000煙機(jī)操作說(shuō)明，蘭州長(zhǎng)城透平機(jī)械技術(shù)開(kāi)發(fā)成套有限公司,2016.