四合一機(jī)組運(yùn)行異常分析判斷與處理

李延民

（河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司化工一廠 河南平頂山）

一、概述

四合一機(jī)組是硝酸裝置的關(guān)鍵設(shè)備，機(jī)組由汽輪機(jī)、氧化氮壓縮機(jī)、變速機(jī)、軸流空氣壓縮機(jī)、尾氣透平膨脹機(jī)組成（圖1），該機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定程度決定了硝酸的生產(chǎn)。汽輪機(jī)提供原動(dòng)力帶動(dòng)軸流空氣壓縮機(jī)，空氣與氨反應(yīng)生成氮氧化物經(jīng)過(guò)分離進(jìn)入氧化氮壓縮機(jī)內(nèi)加壓提高吸收壓力，經(jīng)過(guò)吸收塔剩余尾氣加熱有尾氣透平膨脹做功和汽輪機(jī)共同驅(qū)動(dòng)空氣軸流壓縮機(jī)和氧化氮壓縮機(jī)做功完成硝酸的生產(chǎn)。

圖1 機(jī)組總貌圖

硝酸裝置四合一機(jī)組汽輪機(jī)軸振動(dòng)出現(xiàn)無(wú)規(guī)律波動(dòng)，正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)前后軸振動(dòng)會(huì)突然莫名其妙有的升高、有的降低，持續(xù)幾分鐘后又恢復(fù)正常，如此循環(huán)往復(fù)，振動(dòng)波動(dòng)時(shí)間間隔沒(méi)有規(guī)律。有時(shí)開車幾天后開始波動(dòng)，有時(shí)開車后即開始波動(dòng)，有時(shí)一天幾次，有時(shí)一小時(shí)內(nèi)又?jǐn)?shù)次。此外振動(dòng)波動(dòng)時(shí)尤以進(jìn)汽側(cè)軸振動(dòng)變化最為明顯。2015年2月6日四合一機(jī)組因振動(dòng)波動(dòng)而聯(lián)鎖跳車。

二、振動(dòng)分析

機(jī)組汽輪機(jī)很可能存在問(wèn)題：（1）汽輪機(jī)軸振動(dòng)出現(xiàn)無(wú)規(guī)律波動(dòng)是從2015年1月26號(hào)開始出現(xiàn)。（2）工藝人員在透平軸振動(dòng)穩(wěn)定和突然出現(xiàn)無(wú)規(guī)律波動(dòng)這段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有任何操作，所有工藝參數(shù)（包括入口蒸汽壓力、溫度等）沒(méi)有變化，油系統(tǒng)也正常運(yùn)行著。（3）儀表人員檢查確認(rèn)軸振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題。首先相信該機(jī)組透平設(shè)備部分確實(shí)存在著問(wèn)題，振動(dòng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)波動(dòng)時(shí)振動(dòng)增加是真實(shí)的。由于除對(duì)該機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)頻譜分析外再?zèng)]有其他手段，要準(zhǔn)確判斷出故障位置很難。為此，對(duì)機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)頻譜分析，根據(jù)診斷分析情況決定檢修方案。

三、對(duì)機(jī)組進(jìn)行頻譜分析

1.機(jī)組狀態(tài)及存在問(wèn)題

（1）汽輪機(jī)各通道振動(dòng)存在明顯波動(dòng)，其波動(dòng)的主要能量集中在1×頻幅值的變化，在振動(dòng)波動(dòng)的同時(shí)1×頻相位存在明顯變化；汽輪機(jī)進(jìn)汽側(cè)軸心軌跡在振動(dòng)波動(dòng)過(guò)程中存在明顯正反進(jìn)動(dòng)變化，說(shuō)明汽輪機(jī)動(dòng)靜之間存在明顯碰摩。汽輪機(jī)振動(dòng)波動(dòng)可能是與汽封松動(dòng)后產(chǎn)生的動(dòng)靜碰摩有關(guān)，也可能是其他動(dòng)靜摩擦掉的碎物造成轉(zhuǎn)子碰摩會(huì)造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)瞬間增大，造成跳車。

圖2 汽輪機(jī)通頻振動(dòng)趨勢(shì)

圖3 汽輪機(jī)1×頻振動(dòng)趨勢(shì)

圖4 汽輪機(jī)通頻振動(dòng)趨勢(shì)（局部放大）

（2）軸流壓縮機(jī)振動(dòng)平穩(wěn)，排氣側(cè)兩通道存在明顯2×頻能量，軸心軌跡出現(xiàn)月牙形，結(jié)合尾透排氣側(cè)軸心軌跡圖，說(shuō)明軸流壓縮機(jī)和尾透存在聯(lián)軸器不對(duì)中。計(jì)劃停車對(duì)軸流壓縮機(jī)和尾透進(jìn)行對(duì)中處理。

（3）尾透進(jìn)氣側(cè)振動(dòng)存在振動(dòng)波動(dòng)，以1×頻能量變化為主，該振動(dòng)變化與負(fù)載的變化有關(guān)；進(jìn)氣側(cè)存在明顯的2×頻能量，軸心軌跡呈現(xiàn)典型的8字形，說(shuō)明機(jī)組存在明顯不對(duì)中現(xiàn)象。

圖5 汽輪機(jī)1×頻振動(dòng)趨勢(shì)（局部放大)

圖6 波形頻譜圖

圖7 軸心軌跡圖（反進(jìn)動(dòng)）

2.四合一機(jī)組圖譜分析

（1）汽輪機(jī)。汽輪機(jī)各通道振動(dòng)存在明顯波動(dòng)，其波動(dòng)的主要能量集中在1×頻幅值的變化，在振動(dòng)波動(dòng)的同時(shí)1×頻相位存在明顯變化；汽輪機(jī)進(jìn)汽側(cè)軸心軌跡在振動(dòng)波動(dòng)過(guò)程中在明顯正反進(jìn)動(dòng)變化，說(shuō)明汽輪機(jī)動(dòng)靜之間存在明顯碰摩。汽輪機(jī)通頻振動(dòng)趨勢(shì)見圖2，汽輪機(jī)1×頻振動(dòng)趨勢(shì)見圖3。汽輪機(jī)通頻振動(dòng)趨勢(shì)（局部放大）見圖4，汽輪機(jī)1×頻振動(dòng)趨勢(shì)（局部放大)見圖5，波形頻譜圖見圖6，軸心軌跡圖（反進(jìn)動(dòng)）見圖7，軸心軌跡圖（正進(jìn)動(dòng)）見圖8。

圖8 軸心軌跡圖（正進(jìn)動(dòng)）

圖9 軸流壓縮機(jī)通頻趨勢(shì)圖

圖10 軸流壓縮機(jī)1×頻趨勢(shì)圖

圖11 軸流壓縮機(jī)2×頻趨勢(shì)圖

圖12 波形頻譜圖

圖13 軸心軌跡圖

（2）軸流壓縮機(jī)。軸流壓縮機(jī)振動(dòng)平穩(wěn)，排氣側(cè)兩通道存在明顯2×頻能量，軸心軌跡出現(xiàn)月牙形，結(jié)合尾透排氣側(cè)軸心軌跡圖，說(shuō)明軸流壓縮機(jī)和尾透存在聯(lián)軸器不對(duì)中。軸流壓縮機(jī)通頻趨勢(shì)圖見圖9，軸流壓縮機(jī)1×頻趨勢(shì)圖見圖10，軸流壓縮機(jī)2×頻趨勢(shì)圖見圖11，波形頻譜圖見圖12，軸心軌跡圖見圖13。

（3）尾透。尾透進(jìn)氣側(cè)振動(dòng)存在振動(dòng)波動(dòng)，以1×頻能量變化為主，該振動(dòng)變化與負(fù)載的變化有關(guān)；進(jìn)氣側(cè)存在明顯的2×頻能量，軸心軌跡呈現(xiàn)典型的8字形，說(shuō)明機(jī)組存在明顯不對(duì)中現(xiàn)象。尾透通頻趨勢(shì)圖見圖14，尾透1×頻趨勢(shì)圖見圖15，波形頻譜圖見圖16，軸心軌跡圖見圖17，尾透2×頻趨勢(shì)圖見圖18。

圖14 尾透通頻趨勢(shì)圖

圖15 尾透1×頻趨勢(shì)圖

圖16 波形頻譜圖

圖17 軸心軌跡圖

圖18 尾透2×頻趨勢(shì)圖

四、問(wèn)題檢查與處理

圖19 油封處發(fā)現(xiàn)大量碳化油渣

（1）把汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子吊開后檢查，高壓、低壓側(cè)汽封沒(méi)有松動(dòng)和破損現(xiàn)象，但是在汽封前軸端后軸承封塵油封處發(fā)現(xiàn)有大量的碳化的油渣（圖19），比較硬與軸有明顯的摩擦痕跡。拆開空氣軸流壓縮機(jī)與尾氣透平壓縮機(jī)對(duì)中復(fù)查上下徑向超差0.06 mm，左右超差0.04 mm

（2）問(wèn)題處理。把風(fēng)塵油封放在油盆里浸泡把碳化的油渣處理掉恢復(fù)。對(duì)空氣軸流壓縮機(jī)與尾氣透平壓縮機(jī)對(duì)中從新調(diào)整恢復(fù)到正常值。

（3）機(jī)組檢修后透平實(shí)際運(yùn)行結(jié)果。2015年4月檢修結(jié)束，機(jī)組開車后運(yùn)行至今，汽輪機(jī)再?zèng)]有出現(xiàn)軸振動(dòng)無(wú)規(guī)律波動(dòng)升高問(wèn)題，運(yùn)行平穩(wěn)。