呼和浩特石化公司催化裂化軸流風(fēng)機(jī)故障分析

付長(zhǎng)虹

（內(nèi)蒙古呼和浩特石化公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

1 故障經(jīng)過(guò)

1.1 機(jī)組簡(jiǎn)介

圖1

風(fēng)機(jī)型號(hào)為 AV56-13。進(jìn)氣壓力0.0879 Mpa(A)、出口壓力0.41 MPa(A)、額定軸功率8200kw、額定轉(zhuǎn)速5868rpm。

1.2 自保連鎖報(bào)警設(shè)置情況

按照設(shè)計(jì)，機(jī)組連鎖停機(jī)項(xiàng)目包括：潤(rùn)滑油壓力過(guò)低、機(jī)組位移過(guò)大、機(jī)組超速、機(jī)組連續(xù)逆流四項(xiàng)內(nèi)容。振動(dòng)過(guò)大設(shè)計(jì)不帶停機(jī)連鎖，只發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)機(jī)組振動(dòng)值≥87μm 的情況下，發(fā)出機(jī)組振動(dòng)大報(bào)警；當(dāng)振動(dòng)值≥105μm 的情況下，發(fā)出機(jī)組振動(dòng)過(guò)大報(bào)警，由操作人員實(shí)施停機(jī)操作。

1.3 故障前檢修內(nèi)容

本次檢修主要工作內(nèi)容是軸流風(fēng)機(jī)部分進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)后回裝、靜葉承缸修復(fù)后回裝、軸瓦調(diào)整、軸系找正、靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)整定等工作，煙機(jī)部分進(jìn)行轉(zhuǎn)子更換、軸瓦調(diào)整等工作。

1.4 故障發(fā)生前后的具體過(guò)程

2008年5月24日12 時(shí)54 分，催化裂化軸流風(fēng)機(jī)突然振動(dòng)大漲，超過(guò)了105μm 的報(bào)警上限，最大達(dá)到170μm。緊接著主風(fēng)機(jī)連鎖停機(jī)。事故后，呼和浩特石化公司迅速與軸流風(fēng)機(jī)制造廠家聯(lián)系。要求廠家派人到現(xiàn)場(chǎng)。5月25 號(hào)在廠家人員的指導(dǎo)下，解體風(fēng)機(jī)。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片，靜葉損毀嚴(yán)重。下面就本次開(kāi)機(jī)前后過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧。

圖2 事故發(fā)生后轉(zhuǎn)子照片

本次機(jī)組檢修是由于2008年3月25日軸流風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片斷裂損毀后，經(jīng)過(guò)陜西鼓風(fēng)機(jī)廠全面檢查修復(fù)后，進(jìn)行修復(fù)安裝的。整個(gè)的安裝調(diào)試工作都是在陜西鼓風(fēng)機(jī)廠技術(shù)人員指導(dǎo)確認(rèn)下完成的。時(shí)間從2008年5月9日轉(zhuǎn)子到場(chǎng)，5月22日完成全部安裝工作。5月23日開(kāi)始進(jìn)行機(jī)組修復(fù)后72小時(shí)運(yùn)行考核工作。

三機(jī)組開(kāi)機(jī)及切換過(guò)程如下：

2008年5月23日10：00 引煙氣暖機(jī)煙機(jī)升速，23日 17：00 煙機(jī)轉(zhuǎn)速5400rpm 電機(jī)合閘，風(fēng)機(jī)提負(fù)荷提壓力進(jìn)行機(jī)組切換，23日 23：27 機(jī)組切換完畢。23日23：48 風(fēng)機(jī)提負(fù)荷靜葉由 56.8 °開(kāi)至 68.9 °，24日 0：10 靜葉由 68.9 °開(kāi)至 74.2 °，0：25 靜葉由 74.2 °開(kāi)至 77.3°，0：50 靜 葉 由77.3 °開(kāi)至 78.6 °,01：19 靜葉由 78.6 °關(guān)至 76.4 °。

三機(jī)組切換完畢后，反應(yīng)崗位調(diào)整操作，再生器壓力23日23：27 從0.17Mpa 至24日0：27提至0.23MPa 以后一直控制在0.23MPa。反應(yīng)溫度一直控制在500℃左右。提升管進(jìn)料量一直控制在110T/H。再生器主風(fēng)量FI2001A 23日23：05 顯示 8500NM3/H，23：30 顯示 105000NM3/H，23：50 顯示 112000NM3/H，24日 0：11 顯示116000NM3/H，直至 24日 12：54(主風(fēng)機(jī)時(shí)鐘顯示比DCS 時(shí)鐘快10 分鐘)下降為0NM3/H。

2 原因分析

2.1 在葉片上存在裂紋性缺陷

圖2為發(fā)生斷裂事故后的轉(zhuǎn)子圖，從圖中可以看出第7 級(jí)葉片全部斷裂，其余2、3、4、5、6、8 級(jí)葉片發(fā)生不同程度的塑性變形，這主要是由于7 級(jí)斷裂后的葉片對(duì)其余葉片的撞擊所至。

圖 3(a)、(b)所示為 7 級(jí)葉片斷裂后，部分葉片的根部照片。從照片可以看出，裂口左邊存在被氧化的痕跡，右邊斷裂區(qū)較平滑，具有脆性斷裂的特征。由于機(jī)組只運(yùn)行了13 個(gè)小時(shí)，從裂紋特征可以推斷，在這次運(yùn)行之初，動(dòng)葉上就已經(jīng)存在裂紋。根據(jù)《AV56－13 軸流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子、承缸返廠修復(fù)技術(shù)協(xié)議》，要對(duì)轉(zhuǎn)子全部動(dòng)靜葉片進(jìn)行磁粉探傷檢查。檢查報(bào)告制造廠沒(méi)有提供。但是陳舊裂紋的存在，是檢修不完全的結(jié)果，因此這部分后果因該由制造廠來(lái)負(fù)。

圖3 葉片斷口圖

2.2 轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程可能存在碰磨現(xiàn)象

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，機(jī)組啟車運(yùn)行后，出現(xiàn)了三次比較大的振動(dòng)，直到最后停機(jī)。圖4 所示為風(fēng)機(jī)剛剛達(dá)到工作轉(zhuǎn)速時(shí)的波形及頻譜圖，從圖中可以看出，二倍頻信號(hào)越占同頻信號(hào)的1/3，同時(shí)出現(xiàn)分頻振動(dòng)，雖然不是很大。圖5 為此時(shí)的軸心軌跡，在煙機(jī)側(cè)的軸心軌跡為正進(jìn)動(dòng)，增速箱側(cè)的軸心軌跡為反進(jìn)動(dòng)，并且軸心軌跡為不規(guī)則的圓形。以上種種現(xiàn)象表明，根據(jù)目前能夠收集到的材料看，此時(shí)轉(zhuǎn)子煙機(jī)側(cè)和增速箱側(cè)可能存在碰磨故障。

圖6 所示為在第一次振動(dòng)突增時(shí)的波形及頻譜圖，從圖中可以看出，測(cè)點(diǎn)2025 出現(xiàn)倍頻分量和同頻分量，測(cè)點(diǎn)2026 的倍頻振動(dòng)已經(jīng)和同頻振動(dòng)接近相等，通過(guò)圖7(a)可以看出，此時(shí)該處的軸心軌跡為正“8”字形，出現(xiàn)比較明顯的磨碰跡象。從圖6(c,d)可以看出，此時(shí)的增速箱側(cè)的測(cè)點(diǎn)處的頻譜信號(hào)中，出現(xiàn)較豐富的高次諧波，圖7(b)所示的該處的軸心軌跡也表明了，此時(shí)的轉(zhuǎn)子的磨碰現(xiàn)象加劇。

圖4 原始波形及頻譜

呼石化公司催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)組采用煙氣輪機(jī)——軸流風(fēng)機(jī)——變速器——電機(jī)三機(jī)組型式的布置形式。煙機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)在高速端。電機(jī)在低速段。配置方式如下圖-1。

圖5 原始軸心軌跡（0:22'14''）

圖7 軸心軌跡(1:32'15'')

圖8 波形及頻譜(6:18'04'')

圖9 軸心軌跡(6:18'04'')

圖10 波形及頻譜(12:54’02”)

圖11 軸心軌跡 (12:54’02”)

圖8 所示為第二次振動(dòng)突變時(shí)的波形及頻譜圖，其信號(hào)特征同第一次振動(dòng)突變，只是此時(shí)的軸心軌跡為內(nèi)“8”字形。

圖10 所示為轉(zhuǎn)子停車前的波形及頻譜圖，從此圖可以看出，除了轉(zhuǎn)子存在比較高的同頻信號(hào)外，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了較高的低頻振動(dòng)。由于低頻振動(dòng)實(shí)際上是轉(zhuǎn)子的整體“甩轉(zhuǎn)”，因此現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的振動(dòng)非常劇烈，極具破壞性。這也是造成缺陷葉片斷裂的主要原因。圖11 所示的軸心軌跡看，此時(shí)的振動(dòng)為內(nèi)“8”字形。煙機(jī)側(cè)為反進(jìn)動(dòng)，增速箱側(cè)為正進(jìn)動(dòng)。

3 總結(jié)

3.1 間隙問(wèn)題

根據(jù)故障前的檢修數(shù)據(jù)，下列數(shù)據(jù)超出了標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍：徑向軸承側(cè)隙（排氣端）0.25mm（標(biāo)準(zhǔn)值為：0.32～0.35）徑向軸承側(cè)隙(進(jìn)氣端)0.16mm（標(biāo)準(zhǔn)值為0.32～0.35）低于標(biāo)準(zhǔn)值,并且檢修后的數(shù)值經(jīng)過(guò)制造廠同意。小間隙可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的碰磨，這將會(huì)引起機(jī)組振的自激振動(dòng)，從而加劇了振動(dòng)故障。

3.2 裂紋問(wèn)題

從7 級(jí)部分葉片斷裂后的根部照片可以看出，裂口左邊存在被氧化的痕跡，右邊斷裂區(qū)較平滑，具有脆性斷裂的特征。從裂紋特征可以推斷，在這次運(yùn)行之初，動(dòng)葉上就已經(jīng)存在裂紋。從機(jī)組的振動(dòng)趨勢(shì)上看，存在葉片分幾次斷裂的可能，因此，也可能在葉片的中部存在裂紋等缺陷，由于沒(méi)有已經(jīng)斷裂的葉片做分析，目前只能推斷該方面的問(wèn)題。