玉門煉油廠煙氣輪機(jī)振動(dòng)原因分析及處理

唐衛(wèi)兵 郝雄慧

(玉門煉油廠檢修作業(yè)隊(duì) 甘肅玉門)

玉門煉油廠煙氣輪機(jī)振動(dòng)原因分析及處理

唐衛(wèi)兵 郝雄慧

(玉門煉油廠檢修作業(yè)隊(duì) 甘肅玉門)

通過建立煙機(jī)振動(dòng)模型,以玉門煉油廠Y LⅡ13000A雙級煙氣輪機(jī)為例,對軸振動(dòng)高而導(dǎo)致停機(jī)的原因加以分析,并采用機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)S8000所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)一步探討,找出問題的關(guān)鍵,提出解決的辦法。

煙氣輪機(jī);轉(zhuǎn)子;振動(dòng);狀態(tài)檢測

0 引 言

煙氣輪機(jī)是重油催化裝置的主要能量回收設(shè)備。它主要利用再生煙氣的熱能和壓力能膨脹做功,驅(qū)動(dòng)主風(fēng)機(jī)運(yùn)行。玉門煉油廠 Y LⅡ13000A雙級煙氣輪機(jī)[1]正常運(yùn)行時(shí),日節(jié)電可達(dá)197 500 kW/h以上,經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。同時(shí),由于它和主風(fēng)機(jī)同軸互聯(lián),直接影響整個(gè)裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行,因此成為重油催化裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一。

1 煙機(jī)振動(dòng)特性及振動(dòng)模型

在考核煙機(jī)運(yùn)行狀況的指標(biāo)中,煙機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)是一個(gè)極為重要的指標(biāo)。統(tǒng)計(jì)資料表明,絕大多數(shù)煙機(jī)不能正常運(yùn)行都是因?yàn)檎駝?dòng)而造成的。這是因?yàn)?

1)煙機(jī)轉(zhuǎn)子屬懸臂結(jié)構(gòu),而且輪盤部分較重,整個(gè)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性差;

2)煙機(jī)的工作介質(zhì)是再生煙氣,不僅溫度高,而且還含有一定濃度的催化劑顆粒;

3)輪盤冷卻和密封用1.0 MPa蒸汽易凝結(jié)成水;

4)煙機(jī)為直動(dòng)式,轉(zhuǎn)速較高。

基于上述原因,煙機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)一般比壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)較大且難以控制。而由于煙機(jī)結(jié)構(gòu)及密封要求,允許的振動(dòng)值又比較小。通常要求振動(dòng)幅值在80 μm。

根據(jù)其模型同其它旋轉(zhuǎn)機(jī)械相比,煙機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)系統(tǒng)較之有共同點(diǎn)也有不同點(diǎn)。其共同點(diǎn)是:

1)轉(zhuǎn)子由油膜-軸承-軸承箱-機(jī)體-基礎(chǔ)這樣的支撐鏈所支撐;2)整個(gè)系統(tǒng)可以認(rèn)為是彈性阻尼振動(dòng)系統(tǒng)。

其不同點(diǎn)是:由于輪盤較重且呈懸臂結(jié)構(gòu),重心幾乎落在前軸承上。假使在輪盤處產(chǎn)生一不平衡力 F,相應(yīng)地,在前后支撐處產(chǎn)生動(dòng)反力,由此構(gòu)成二自由度強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng),即轉(zhuǎn)子隨質(zhì)心的線位移振動(dòng)和繞質(zhì)心的角位移振動(dòng)如圖1所示。

圖1 煙機(jī)振動(dòng)模型

顯然前軸承振動(dòng)值=X,后軸承振動(dòng)值=X+ L2cosθ。由此可見,煙機(jī)前后振動(dòng)幅值是不同的,通常是煙機(jī)后部振動(dòng)大。

煙機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)較大振動(dòng)時(shí),首要任務(wù)是及時(shí)準(zhǔn)確地找出振動(dòng)的原因和部位,以便采取相應(yīng)措施,確保機(jī)組的安全運(yùn)行。為此,一方面應(yīng)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)如瓦溫、電機(jī)電流等綜合分析,另一方面可借助于先進(jìn)的診斷儀器來判斷。玉門煉化在催化裝置三機(jī)組上安裝了在線監(jiān)測系統(tǒng)S8000,通過捕捉各種狀態(tài)信號,在計(jì)算機(jī)上可以快速、準(zhǔn)確地了解機(jī)組的運(yùn)行狀況,便于對機(jī)組進(jìn)行檢測并分析各項(xiàng)參數(shù)。對事故狀態(tài)下的軌跡、波形記錄分析,快速研究出解決問題的方案,進(jìn)一步做好設(shè)備的維護(hù)工作。

2 煙機(jī)振動(dòng)原因及圖譜分析

2.1 煙機(jī)振動(dòng)

1)粉塵堆積結(jié)垢或顆粒沖蝕造成振動(dòng)增大

煙機(jī)解體檢查后可以發(fā)現(xiàn),煙機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片催化劑結(jié)垢及附著物情況。由于是雙級煙氣輪機(jī),粉塵堆積結(jié)垢在轉(zhuǎn)子及兩級輪盤腔內(nèi)比較嚴(yán)重。勢必對轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡造成破壞,機(jī)組軸振動(dòng)增加。

2)緊固螺栓脫落損壞動(dòng)葉片產(chǎn)生振動(dòng)

在2008年1月機(jī)組振動(dòng)過大停機(jī)檢修過程中發(fā)現(xiàn),一級靜葉螺栓M8×16mm有部分?jǐn)嗔?

過渡機(jī)殼金屬鎖緊片斷裂,有1/3部分進(jìn)入進(jìn)氣錐。葉片頂端背側(cè)表面噴涂的合金層部分脫落,葉根部位有月牙形沖蝕,是引起振動(dòng)的主要原因。

3)煙機(jī)軸承安裝使用問題

在檢修過程中,將支撐瓦的直徑間隙控制在0.26 mm～0.30 mm之間,瓦背緊間隙≥0.08 mm,保證油楔產(chǎn)生的油膜力最小。各油楔相對于軸承中心都在較大的偏心下工作,因此穩(wěn)定較好。如果在緊靠聯(lián)軸器兩端的軸承位置有最大振動(dòng)值出現(xiàn),則表明軸承中的油膜壓力受到了改變[2]。也就是說軸承有可能受到了損壞或軸瓦間隙被改變,需要進(jìn)行維修。

4)機(jī)組找正存在誤差產(chǎn)生振動(dòng)

如果轉(zhuǎn)子的2X倍頻譜發(fā)生較大變化,為主導(dǎo)振動(dòng)頻率,則可以確定為對中不良產(chǎn)生的機(jī)組振動(dòng)。

5)動(dòng)靜碰磨產(chǎn)生振動(dòng)

2008年1月,煙機(jī)前軸承振動(dòng)由37μm急劇上升至60μm,同時(shí),后軸承穩(wěn)定也產(chǎn)生破壞,振幅值接近115μm被迫停機(jī)進(jìn)行檢修。機(jī)組拆卸抽出轉(zhuǎn)子后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子輪盤軸頸與氣封環(huán)產(chǎn)生嚴(yán)重的動(dòng)靜碰磨,輪盤軸頸產(chǎn)生溝痕,一級、二級氣封環(huán)嚴(yán)重變形,氣封環(huán)一側(cè)梳齒密封片全部磨掉。

6)出入口管線引起機(jī)組振動(dòng)

入口與過渡機(jī)殼相連接的管線變形,法蘭平面產(chǎn)生張口、扭曲和錯(cuò)口現(xiàn)象,如果通過外力強(qiáng)行將管線與機(jī)體連接就會(huì)產(chǎn)生機(jī)殼局部翹曲變形,內(nèi)部轉(zhuǎn)子與機(jī)殼產(chǎn)生碰磨或氣流震蕩,外部貓爪螺栓受力嚴(yán)重變形。2008年1月在對煙機(jī)解體檢查發(fā)現(xiàn),煙機(jī)機(jī)殼中心向下張口位移量0.06 mm,中心向右偏0.11 mm,貓爪座圈有輕微翻邊,也是產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因。

7)運(yùn)行工況不穩(wěn)定

當(dāng)運(yùn)行工況不穩(wěn)定的時(shí)候,隨著煙氣的流量和速度變化,導(dǎo)致催化劑粉塵顆粒大小速度不一致。當(dāng)粉塵顆粒具有足夠大的動(dòng)能時(shí),才可能對葉片材料造成實(shí)質(zhì)性沖蝕。因此粉塵的顆粒以及速度是影響沖蝕的重要因素。所以控制煙機(jī)的運(yùn)行工況,保證煙氣的平穩(wěn)流動(dòng),可以有效地防止催化劑顆粒對葉片的損壞,使轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡不被破壞,消除煙機(jī)的振動(dòng)。

2.2 煙機(jī)振動(dòng)狀態(tài)圖譜

1)振動(dòng)狀態(tài)軸心軌跡分析

機(jī)組開、停機(jī)及運(yùn)行監(jiān)測測點(diǎn):煙機(jī)4個(gè)振動(dòng),1個(gè)軸位移,1個(gè)鍵相位。軸流風(fēng)機(jī)4個(gè)振動(dòng),1個(gè)軸位移,共11路信號。主要監(jiān)測振動(dòng)狀況較嚴(yán)重的煙機(jī)4個(gè) 通 道 (XISA7611、XISA7612 和 XISA7613、XISA7614)。其中XISA7611、XISA7612兩點(diǎn)有重復(fù)不正?，F(xiàn)象,軸心軌跡呈上下方向的橢圓形,軸心軌跡如圖2所示。而XISA7613、XISA7614兩點(diǎn)表現(xiàn)出明顯的不穩(wěn)定狀態(tài),為振動(dòng)的主要根源。從圖3所示的軸心軌跡圖中可以看出,軌跡為較凌亂的不規(guī)則分布,呈現(xiàn)出香蕉形和輕微的8字形運(yùn)動(dòng)。

圖2 XISA7612軸心軌跡圖

圖3 XISA7614軸心軌跡圖

轉(zhuǎn)子軸心軌跡呈橢圓、香蕉形或成8字形的香蕉形,比較明顯的幾種情況通過查閱有關(guān)的資料和經(jīng)驗(yàn)性分析認(rèn)定,符合煙機(jī)組的動(dòng)靜體碰磨和軸承瓦隙大、瓦緊力不足等的振動(dòng)故障識(shí)別特征。

2)振動(dòng)狀態(tài)頻譜圖分析

Y LⅡ13000A機(jī)組的頻譜圖為正弦波,頻譜的主要組成頻率為工頻。提取了煙機(jī)前、后軸振動(dòng)測點(diǎn)的頻譜圖如圖4所示,發(fā)現(xiàn)前軸軸振測點(diǎn)XISA7611、XISA7612的頻譜有0.5X倍頻出現(xiàn),而后軸測點(diǎn)XISA7613、XISA7614在工頻后有2X頻出現(xiàn)。2X頻的出現(xiàn)加之聯(lián)軸器另一端風(fēng)機(jī)的軸振動(dòng)也較高,說明煙機(jī)與風(fēng)機(jī)的對中需要精細(xì)調(diào)整。而0.5X倍頻出現(xiàn)可能的振動(dòng)故障,通過查閱資料[3]和通過以下步驟驗(yàn)證:

圖4 XISA7612、XISA7614頻譜圖

(1)由于機(jī)組轉(zhuǎn)速非可調(diào),只能通過負(fù)荷與油溫的變化來分析;

(2)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)負(fù)荷,振動(dòng)值的大小隨轉(zhuǎn)速的變化也不明顯;

(3)機(jī)組潤滑油溫由41℃下調(diào)到38℃,軸振動(dòng)值由74μm下降到70μm并趨于穩(wěn)定。振動(dòng)故障識(shí)別特征見表1。

表1 振動(dòng)故障識(shí)別特征

3 分析及整改措施

從數(shù)據(jù)分析情況看各通道振動(dòng)成分分布狀況主要成分為工頻,并伴有0.5倍頻和2倍頻出現(xiàn)。除去催化劑粉塵導(dǎo)致的動(dòng)不平衡之外,機(jī)組振動(dòng)幅值高的直接因素:

1)初步確認(rèn)為煙機(jī)的動(dòng)靜碰磨,具體說是出口端軸密封體梳齒與轉(zhuǎn)子碰磨所致。由于振動(dòng)故障發(fā)生的時(shí)間較長,碰磨損傷已經(jīng)形成。

2)同時(shí),懷疑輪盤冷卻蒸汽帶水,使受熱冷卻不均,導(dǎo)致振動(dòng)。

3)軸承徑向間隙大,必然誘發(fā)機(jī)組軸振動(dòng)增加。

4)機(jī)組熱態(tài)對中需校核。

結(jié)合煙機(jī)損傷情況比較嚴(yán)重的分析,整改維修措施主要進(jìn)行如下整改:

1)更換一級、二級氣封體及軸承瓦塊,同時(shí)安裝時(shí)注意各部分間隙,確保上氣封間隙略大于下氣封間隙。更換支撐瓦塊,強(qiáng)化檢修質(zhì)量,確保維修合格。

2)依據(jù)實(shí)測溫度修正找正曲線,得到預(yù)期的對中效果。顯然,由于保溫情況不同,各煙機(jī)的軸承箱體溫升將有很大差異。

煙機(jī)-風(fēng)機(jī)熱態(tài)對中必須在煙機(jī)運(yùn)行后實(shí)測煙機(jī)各部溫度,計(jì)算出煙機(jī)軸線熱位移并修正找正曲線如圖5所示。Y LⅡ13000A機(jī)組原設(shè)計(jì)給定煙機(jī)聯(lián)軸器端修正值為0.65 mm,現(xiàn)場實(shí)測煙機(jī)軸承箱體前軸承端溫度68℃,后軸承端(非驅(qū)動(dòng)端)溫度43℃,不難算出理想的找正對中修正值0.26 mm。

圖5 煙機(jī)找正曲線

4 結(jié) 論

煙氣輪機(jī)由于它的懸臂結(jié)構(gòu),以及富含粉塵的煙氣介質(zhì),使得其軸振動(dòng)更容易發(fā)生。通過對煙氣輪機(jī)的振動(dòng)原因分析,以及振動(dòng)軸心軌跡及頻譜圖的分析,找出具有針對性的維修措施。同時(shí),在實(shí)際工作過程中,也可以利用先進(jìn)的狀態(tài)檢測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備故障苗頭的早期檢測和分析,更好地應(yīng)用到預(yù)知維修體系中去。

煙機(jī)的長周期運(yùn)行,是催化裝置優(yōu)質(zhì)平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ),是裝置節(jié)能降耗的關(guān)鍵點(diǎn)。應(yīng)該更加嚴(yán)格煙機(jī)的運(yùn)行管理,精心操作,確保煙機(jī)的長周期平穩(wěn)運(yùn)行,為煉化企業(yè)節(jié)能降耗貢獻(xiàn)力量。

[1] 蘭州煉油機(jī)械廠.Y LⅡ13000A型煙機(jī)說明書,2004(資料)

[2] 石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程[M].北京:中國石化出版社,1992

[3] 沈慶根.化工機(jī)器故障診斷技術(shù)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1994

TE968

B

1004-9134(2010)02-0037-03

唐衛(wèi)兵,男,1979年生,工程師,2002年7月畢業(yè)于西安石油大學(xué)(原西安石油學(xué)院),現(xiàn)為玉門煉油廠工程公司檢修隊(duì)隊(duì)長。郵編: 735200

2009-12-29 編輯:梁保江)

·經(jīng)驗(yàn)交流·