合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)振動(dòng)升高原因分析及處理

張偉華， 孟祥龍

(中海石油華鶴煤化有限公司， 黑龍江鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司合成裝置于2015年5月成功開(kāi)車(chē)。合成裝置中的合成氣壓縮機(jī)(K04401)負(fù)責(zé)將液氮洗送出的合成氣加壓送至合成塔，其中汽輪機(jī)(透平)是機(jī)組的動(dòng)力來(lái)源，高壓蒸汽(8.9 MPa、520 ℃)通過(guò)蒸汽速關(guān)閥、主蒸汽調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)做功，帶動(dòng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 工藝流程

高壓蒸汽(8.9 MPa、520 ℃)從汽輪機(jī)透平下部經(jīng)速關(guān)閥進(jìn)入蒸汽調(diào)解室，再經(jīng)蒸汽高調(diào)節(jié)閥門(mén)(GV)控制進(jìn)入汽輪機(jī)透平。汽輪機(jī)中部設(shè)有抽汽管，過(guò)熱蒸汽(抽汽壓力為4.4 MPa、溫度為437 ℃)被送入中壓蒸汽管網(wǎng)，另一路蒸汽經(jīng)中調(diào)節(jié)控制閥(ECV)調(diào)節(jié)后返回透平繼續(xù)做功。乏汽從汽輪機(jī)末端排出后進(jìn)入表面冷凝器，被其管程的循環(huán)水冷凝成冷凝液，然后被冷凝液泵(P04405A/B)送至真空抽氣冷凝器(E04405A/B)管程，作為冷凝器的冷卻水。冷凝液在E04405A/B內(nèi)完成熱交換后，經(jīng)過(guò)表面冷凝器液位調(diào)節(jié)閥(LV04451A/B)調(diào)控后送至脫鹽水系統(tǒng)。汽輪機(jī)工藝流程見(jiàn)圖1。

TTV—高壓蒸汽速關(guān)閥； GV—蒸汽高調(diào)節(jié)閥； ECV—蒸汽中調(diào)節(jié)閥。

2 存在的問(wèn)題

2020年7月，合成氣壓縮機(jī)檢修后再開(kāi)車(chē)時(shí)，其汽輪機(jī)排汽端振動(dòng)值(VI04451A/B)波動(dòng)，波動(dòng)峰值達(dá)到52.2 μm/30.8 μm, 已接近聯(lián)鎖值(53.0 μm/53.0 μm)。當(dāng)VI04451A/B同時(shí)達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，合成氣壓縮機(jī)停車(chē)，合成塔產(chǎn)氨中斷，導(dǎo)致機(jī)組損壞。為避免VI04451A/B上漲，機(jī)組只能低負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)氨和尿素產(chǎn)量下降、能耗上升。匯總2020年10—12月合成系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)受限于合成氣壓縮機(jī)透平振動(dòng)，合成系統(tǒng)負(fù)荷從100%降至94%，每日產(chǎn)氨量從1 050 t降至990 t左右，噸氨耗蒸汽從3.6 t漲至4.0 t[1-2]。

透平振動(dòng)是反應(yīng)蒸汽透平運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)，通過(guò)查閱歷史數(shù)據(jù)，對(duì)2020年10—12月合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)排汽端振動(dòng)異常波動(dòng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1。

表1 合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)排汽端振動(dòng)異常波動(dòng)統(tǒng)計(jì)表 μm

從表1可知：汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)頻次增加，10月為1次，11月為2次，12月為4次。

將2020年1—11月VI04451A、VI04451B平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2。

表2 合成壓縮機(jī)透平排汽端振動(dòng)統(tǒng)計(jì)表 μm

由表2可知：VI04451A、VI04451B在2020年1—6月均能達(dá)到指標(biāo)；從7月開(kāi)始上漲，且有越來(lái)越嚴(yán)重的趨勢(shì)。應(yīng)消除不安全因素，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

3 原因分析及過(guò)程排查

3.1 原因分析

對(duì)比趨勢(shì)，分析影響汽輪機(jī)振動(dòng)狀態(tài)的10項(xiàng)因素。包括：潤(rùn)滑油溫度低、潤(rùn)滑油壓力低、潤(rùn)滑油品質(zhì)差、軸封蒸汽溫度低、汽輪機(jī)真空高、冷凝液外送量大、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、壓縮機(jī)工況波動(dòng)、透平平衡管存水、透平主蒸汽壓力波動(dòng)較大[3-4]。

3.2 過(guò)程排查

(1) 潤(rùn)滑油溫度低

根據(jù)上油溫度的變化，調(diào)整冷卻水水量，摸索出潤(rùn)滑油溫度對(duì)振動(dòng)的影響關(guān)系，控制溫度在小范圍內(nèi)波動(dòng)；建立潤(rùn)滑油溫度對(duì)位移量影響記錄，各班按照不同狀況控制潤(rùn)滑油溫度為42 ℃。調(diào)整油溫后，振動(dòng)變化仍存在，確認(rèn)油溫為次要因素。

(2) 潤(rùn)滑油壓力低

根據(jù)軸承進(jìn)油壓力對(duì)振動(dòng)的影響，調(diào)試上油壓力；摸索出潤(rùn)滑油上油壓力最佳值；適當(dāng)提高潤(rùn)滑油上油壓力，增加軸承進(jìn)油量，控制油壓穩(wěn)定；過(guò)濾器出口油壓由0.94 MPa提至0.98 MPa。實(shí)際運(yùn)行觀察后發(fā)現(xiàn)油壓對(duì)振動(dòng)影響不大。

(3) 潤(rùn)滑油品質(zhì)差

控制潤(rùn)滑油品質(zhì)，保持潤(rùn)滑油潔凈無(wú)污染；保持凈油機(jī)運(yùn)行，每月分析油樣，定期外送油樣品檢查；保持油濾機(jī)運(yùn)行，置換出2桶舊油，加入4桶新油。按NB/SH/T 0636—2013 《L-TSA 汽輪機(jī)油換油指標(biāo)》要求，確認(rèn)潤(rùn)滑油品質(zhì)良好(見(jiàn)表3)。

表3 潤(rùn)滑油品質(zhì)對(duì)比

(4) 軸封蒸汽溫度低

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量軸封蒸汽管線溫度為175 ℃(設(shè)計(jì)值為190 ℃以上)，緩慢調(diào)整蒸汽壓力，提高軸封蒸汽溫度。同時(shí)降低軸封蒸汽壓力，現(xiàn)場(chǎng)注意軸封疏水，注意真空值等參數(shù)變化；軸封蒸汽壓力由0.028 MPa降至0.025 MPa，現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)淋保持一定開(kāi)度，軸封蒸汽溫度控制在190 ℃以上。

(5) 汽輪機(jī)真空高

調(diào)整真空抽氣器一抽、二抽切換至備用一抽、二抽，確保噴嘴正常運(yùn)行；檢查開(kāi)工噴射器空氣管線，打開(kāi)空氣管線法蘭，確認(rèn)沒(méi)有內(nèi)漏現(xiàn)象；檢查二級(jí)冷凝液疏水器，確保運(yùn)行正常。

制定合成氣機(jī)組表面冷凝器循環(huán)水上回水溫度、壓力特護(hù)記錄表，及時(shí)降低循環(huán)水上水溫度；與調(diào)度溝通提高循環(huán)水上回水壓差，增大循環(huán)水流量，循環(huán)水壓差由0.08 MPa提高至0.12 MPa；針對(duì)換熱效果好的換熱器，關(guān)小其循環(huán)水回水閥門(mén)，合理分配循環(huán)水用量；檢查確認(rèn)各換熱器循環(huán)水排汽及旁路，確保循環(huán)水投用正常；合成氣機(jī)組表面冷凝器循環(huán)水上水引入低壓消防水，以降低循環(huán)水上水溫度。日常運(yùn)行時(shí)，監(jiān)護(hù)低壓消防水壓力，及時(shí)調(diào)整以穩(wěn)定真空值。

(6) 冷凝液外送量大

優(yōu)化汽輪機(jī)工況，降低汽輪機(jī)負(fù)荷(系統(tǒng)負(fù)荷)，控制冷凝液外送體積流量不超過(guò)25 m3/h；適當(dāng)增加抽汽質(zhì)量流量，控制其在48.0～50.4 t/h范圍；降低轉(zhuǎn)速，關(guān)小壓縮機(jī)防喘閥。

(7) 系統(tǒng)穩(wěn)定性低

控制整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定，保證合成氣壓縮機(jī)壓力、溫度、氫氮比、轉(zhuǎn)速指標(biāo)穩(wěn)定；調(diào)整變換循環(huán)水冷卻器循環(huán)水、鍋爐給水冷卻器鍋爐水、液氮洗氣量分配，以及縮小氫氮比控制范圍，精確控制負(fù)荷穩(wěn)定；壓縮機(jī)入口壓力控制在5.03～5.15 MPa，入口溫度控制在18～24 ℃。

(8) 壓縮機(jī)工況波動(dòng)

在保證機(jī)組安全的情況下，小幅度調(diào)整合成氣各段防喘閥門(mén)開(kāi)度，將機(jī)組轉(zhuǎn)速由12 900 r/min調(diào)整至12 750 r/min。一段、三段防喘閥門(mén)保持關(guān)閉，二段防喘閥門(mén)由16%關(guān)小至13%。

(9) 透平平衡管存水

微開(kāi)平衡管導(dǎo)淋排凝，汽輪機(jī)缸體內(nèi)無(wú)冷凝液，現(xiàn)場(chǎng)平衡管導(dǎo)淋微開(kāi)，主控注意真空值等參數(shù)變化，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

(10) 透平主蒸汽壓力波動(dòng)較大

控制高壓蒸汽管網(wǎng)壓力，適當(dāng)提高溫度，穩(wěn)定汽輪機(jī)振動(dòng)次數(shù)，與蒸汽管網(wǎng)配合，控制主蒸汽壓力在8.7～9.3 MPa范圍內(nèi)。

4 改造效果

對(duì)以上調(diào)整進(jìn)行檢查對(duì)比，結(jié)果顯示：軸封蒸汽溫度提高后，汽輪機(jī)振動(dòng)值明顯好轉(zhuǎn)；軸封蒸汽壓力從0.028 MPa降至0.025 MPa后，汽輪機(jī)振動(dòng)值明顯好轉(zhuǎn)；負(fù)荷降低至95%，冷凝液質(zhì)量流量減少了0.4 t/h后，汽輪機(jī)振動(dòng)值在后期好轉(zhuǎn)；降低轉(zhuǎn)速、增加抽氣等手段，冷凝液質(zhì)量流量減少了2 t/h后，汽輪機(jī)振動(dòng)值明顯好轉(zhuǎn)。

經(jīng)過(guò)以上調(diào)整,對(duì)2021年1月—8月合成氣壓縮機(jī)排汽端振動(dòng)VI04451A/B平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表4，改造前后振動(dòng)變化趨勢(shì)折線見(jiàn)圖2。

表4 2021年合成壓縮機(jī)汽輪機(jī)排汽端振動(dòng)統(tǒng)計(jì)表 μm

圖2 VI04451A、VI04451B振動(dòng)值折線圖

由圖2可知：系統(tǒng)優(yōu)化后， VI04451A、VI04451B下降，日常運(yùn)行振動(dòng)在10.0 μm以下，且未出現(xiàn)波動(dòng)，同時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷加至100%，保證了裝置正常運(yùn)行。

5 預(yù)防對(duì)策

通過(guò)以上調(diào)整消除了汽輪機(jī)振動(dòng)值波動(dòng)大的問(wèn)題，大大降低了機(jī)組運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。為鞏固成果，平時(shí)操作過(guò)程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

(1) 日常操作中嚴(yán)格控制汽輪機(jī)冷凝液質(zhì)量流量不超過(guò)25 t/h。

(2) 保證汽輪機(jī)抽汽質(zhì)量流量控制范圍為48.0～50.4 t/h。

(3) 巡檢中，定時(shí)測(cè)量軸封蒸汽管線溫度，保證其大于190 ℃。

(4) 巡檢中，檢查消防水壓力，同時(shí)主控密切關(guān)注汽輪機(jī)真空值變化。

(5) 各項(xiàng)特護(hù)方案要點(diǎn)納入裝置操作規(guī)程，為機(jī)組日常維護(hù)提供操作依據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

影響汽輪機(jī)振動(dòng)升高的因素有很多，都會(huì)對(duì)

生產(chǎn)造成較大影響，甚至?xí)p壞設(shè)備，要積極采取科學(xué)的技術(shù)防范措施，深刻汲取事故教訓(xùn)，加強(qiáng)操作和管理人員的培訓(xùn)，提升專(zhuān)業(yè)管理水平，為裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的技術(shù)保障。