YL-3000M 煙氣輪機(jī)振動(dòng)原因分析及處理

馮仲，梁春育，唐軍，劉武，李建平

（獨(dú)山子石化公司設(shè)備檢修公司，新疆 獨(dú)山子 833699）

某石化公司催化裂化裝置三機(jī)組由電機(jī)、主風(fēng)機(jī)、煙氣輪機(jī)組成，為該廠的關(guān)鍵設(shè)備，其中煙氣輪機(jī)型號(hào)為YL-3000M，結(jié)構(gòu)形式為軸向進(jìn)氣、徑向排氣的懸臂支撐結(jié)構(gòu)，主要由轉(zhuǎn)子組件、進(jìn)氣機(jī)殼、靜葉組件、排氣機(jī)殼、軸承箱及軸承、底座、軸封系統(tǒng)和輪盤冷卻系統(tǒng)等部分組成，其中轉(zhuǎn)子組件由主軸、輪盤和動(dòng)葉片組成，葉片表面為防止高溫催化劑沖蝕進(jìn)行噴涂耐磨層處理。煙氣輪機(jī)利用催化再生器燒焦所產(chǎn)生的高溫低壓煙氣的熱能及壓力能做功，表現(xiàn)為帶有壓力（約0.15MPa）的高溫?zé)煔猓s670℃）經(jīng)過煙機(jī)的進(jìn)氣室和靜葉整流，均勻地進(jìn)入動(dòng)葉，膨脹做功，推動(dòng)煙機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)做功，給反應(yīng)提供足夠空氣，達(dá)到能量回收的目的。煙機(jī)的故障率較高，主要有葉片沖蝕轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞、催化劑堆積造成動(dòng)靜摩擦、軸承油膜失穩(wěn)等，嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行和節(jié)能降耗目標(biāo)的完成，需要對(duì)煙氣輪機(jī)的振動(dòng)原因進(jìn)行分析，并采取措施解決以保證關(guān)鍵設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1 故障現(xiàn)象及原因分析

該機(jī)組檢修后運(yùn)行5 個(gè)月，軸振數(shù)值逐漸升高，軸振數(shù)據(jù)南2 探頭測(cè)得數(shù)值由開機(jī)42 微米上升至71 微米，離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（表1：橫坐標(biāo)為日期（日）、縱坐標(biāo)為速度值（mm/s））煙氣輪機(jī)軸承箱振動(dòng)水平方向最大達(dá)9.2mm/s，已超標(biāo)。圖1 為離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)頻譜圖（橫坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速mm/s、縱坐標(biāo)為位移值μm）中主振頻為1 倍頻（圖2），同時(shí)伴有1X、2X、3X 等，軸心軌跡（圖3）為橢圓形（橫坐標(biāo)為位移值μm、縱坐標(biāo)為位移值μm），存在反進(jìn)動(dòng)，時(shí)域波形為正弦波。由此可以分析出引起煙氣輪機(jī)振動(dòng)的原因是轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡，同時(shí)動(dòng)靜部位可能存在摩擦，帶著分析的問題對(duì)煙氣輪機(jī)進(jìn)行拆檢，在拆檢過程中對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題分析原因并進(jìn)行處理。

表1 離線監(jiān)測(cè)軸承箱殼體數(shù)據(jù)

圖1 離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖

圖2 煙機(jī)軸振頻譜圖

1.1 軸頸磨損原因分析

在拆檢中發(fā)現(xiàn)煙機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸與小氣封（空氣氣封）配合處有深2mm 左右、寬度與小氣封寬度相同的磨損凹槽（圖4），說明該處軸頸與氣封發(fā)生摩擦，與前期分析一致。造成磨損的原因主要是催化劑在空氣封（蜂窩密封）下部堆積成結(jié)垢層（圖5），當(dāng)厚度超過軸頸與空氣封的半徑間隙時(shí)，會(huì)與旋轉(zhuǎn)的軸頸發(fā)生摩擦，導(dǎo)致軸頸磨損出現(xiàn)凹槽。

圖3 軸心軌跡

圖4 煙機(jī)軸頸磨損

圖5 空氣封下部催化劑堆積

造成空氣封下部催化劑結(jié)垢堆積磨損軸頸的原因主要是：①密封蒸汽壓力低，不能形成有效的密封，導(dǎo)致煙氣泄漏至空氣封處。②抽氣管線堵塞，由大氣封泄漏的煙氣、蒸汽與小氣封泄漏的空氣混合氣排氣不暢，造成混合氣經(jīng)小氣封漏向大氣。③由于煙氣中催化劑粒度超標(biāo)，經(jīng)小氣封時(shí)受混合氣中蒸汽水分的影響，催化劑開始結(jié)塊附著在小氣封上并在氣封中部結(jié)塊沉積，當(dāng)厚度超過小氣封與軸頸間隙時(shí)與轉(zhuǎn)子軸頸發(fā)生摩擦，最終磨損軸頸。圖6 為氣封組件示意圖。

圖6 氣封組件示意圖

1.2 動(dòng)葉片與隼槽連接部位及動(dòng)葉片鎖片沖刷原因分析

煙機(jī)轉(zhuǎn)子葉片與隼槽連接部位（輪盤外緣）存在沖刷（圖7），動(dòng)葉片鎖片外露部位被沖刷（圖8），導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞，振動(dòng)數(shù)值上升，主振頻顯示為工頻。

圖7 隼槽部位沖刷

圖8 動(dòng)葉片鎖片外露部分沖刷

煙氣輪機(jī)運(yùn)行基本條件要求入口煙氣催化劑濃度滿足條件（＜200mg/Hm3）的情況下催化劑顆粒＞10μm 的應(yīng)＜3%，通過查閱近期再生煙氣采樣分析報(bào)告（圖9）可知，煙氣中催化劑粒度嚴(yán)重超標(biāo)（粒徑＞10μm 的達(dá)到20%以上），導(dǎo)致煙氣偏重，使其作用點(diǎn)發(fā)生了變化（圖10），未能按設(shè)計(jì)要求作用在動(dòng)葉片上，而作用在葉片的根部（圖11），效率降低的同時(shí)也導(dǎo)致輪盤外緣及鎖片被沖刷磨損。

圖9 入口粒徑分布

particle diameter( 顆粒直徑)、volume（體積）、diffrerntial（粒徑分布）。

圖10 煙不同粒徑的催化劑顆粒作用圖

圖11 煙氣對(duì)葉片的沖蝕示意圖

1.3 葉頂間隙變化原因分析

對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片葉頂與過渡環(huán)間隙測(cè)量發(fā)現(xiàn)上次檢修測(cè)量的數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，上部間隙由安裝初始值2.2mm 擴(kuò)大到2.9mm，下部間隙由安裝初始值2.1mm縮小到1.4mm（圖12），說明輪盤側(cè)轉(zhuǎn)子下沉了0.7mm，與氣封下部磨損對(duì)應(yīng)。通過對(duì)煙機(jī)軸承箱結(jié)構(gòu)查看，軸承箱為焊接式，下沉側(cè)為懸臂端。分析造成下沉的原因?yàn)閼冶蹅?cè)強(qiáng)度不足或焊接后產(chǎn)生的變形和應(yīng)力未采取人工時(shí)效的方法去除，而自然失效時(shí)間不足（加工出廠到安裝不超過2 個(gè)月），在運(yùn)行時(shí)殘余應(yīng)力釋放，導(dǎo)致軸承箱體變形。

圖12 動(dòng)葉頂部與過渡環(huán)間隙測(cè)量

2 解決措施

2.1 轉(zhuǎn)子振動(dòng)問題處理

將煙機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片拆除，對(duì)轉(zhuǎn)子清洗處理，更換動(dòng)葉片及鎖片，為做動(dòng)平衡試驗(yàn)方便快捷，新葉片需要逐個(gè)稱重標(biāo)識(shí)，將動(dòng)葉片按質(zhì)量從輕到重排列擺放，分成4 個(gè)區(qū)域安裝在輪盤隼槽中，鎖緊鎖片做動(dòng)平衡試驗(yàn)。動(dòng)平衡最終結(jié)果為輪盤端最終剩余不平衡量為0.12g，聯(lián)軸器端最終剩余不平衡量為1.7g。符合YL-3000M型煙機(jī)說明書上關(guān)于轉(zhuǎn)子低速動(dòng)平衡精度G1.0 級(jí)允許不平衡量不超過5g.mm 的要求（GB/T9239-2006 恒態(tài)（剛性）轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求）。

2.2 動(dòng)靜部分問題處理

空氣封處催化劑結(jié)垢是由于通過大氣封泄漏過來的煙氣和蒸汽排空管線為鋼管，檢查不便無法及時(shí)掌握運(yùn)行情況，發(fā)生堵塞后不及時(shí)處理會(huì)造成煙氣、蒸汽和空氣的混合并在氣封表面沉降堆積結(jié)垢，磨損軸頸。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境查看將原排空鋼管鋸開連接膠皮管線，定期打開檢查通暢情況，保證泄漏的煙氣、蒸汽及空氣能正常外排。

對(duì)于轉(zhuǎn)子懸臂端下沉問題，在不更換調(diào)整軸承箱的條件下，將煙機(jī)出口支腿上的4 個(gè)調(diào)整墊片的厚度由原來的4.62mm 磨到4.02mm，使煙機(jī)殼體下降0.60mm，主要實(shí)現(xiàn)以下目的：①調(diào)整動(dòng)葉葉頂與過渡環(huán)上下側(cè)間隙均等，且保證轉(zhuǎn)子對(duì)中不受影響。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量調(diào)整后過渡環(huán)與動(dòng)葉頂部的間隙上部為2.3mm、下部為2.00mm。②調(diào)整煙機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸與大氣封（Ⅰ）、小氣封（Ⅱ）的上下配合間隙?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量調(diào)整后大氣封與轉(zhuǎn)子上部間隙為0.50mm、下部間隙為0.40mm；小氣封上部間隙為0.45mm、下部間隙為0.30mm（標(biāo)準(zhǔn)：氣封環(huán)Ⅰ半徑間隙為0.40～0.60mm，氣封環(huán)Ⅱ半徑間隙為0.30～0.50mm）。

3 結(jié)語

通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析（見圖13），結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際拆檢測(cè)量結(jié)果，查清了煙機(jī)振動(dòng)數(shù)值偏大的原因，并通過調(diào)整動(dòng)靜間隙、轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡試驗(yàn)等措施解決了目前存在的問題，開機(jī)后煙機(jī)軸振數(shù)值最大由71μm 下降至46μm，運(yùn)行至今各振動(dòng)數(shù)值符合要求且趨勢(shì)平穩(wěn)，保證了關(guān)鍵機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行，為廠里節(jié)能降耗提供保障。

圖13 處理前后狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)