汽輪機(jī)組開機(jī)過程中振動故障分析及處理

聶孟杰

（山東東明石化集團(tuán)中油公司設(shè)備處，山東東明 274500）

0 引言

汽輪機(jī)組的開機(jī)過程控制不善將會導(dǎo)致機(jī)組無法正常啟動，裝置無法繼續(xù)生產(chǎn)。開機(jī)過程控制顯得尤為關(guān)鍵，開機(jī)過程要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，按要求進(jìn)行暖管、暖機(jī)，按照升速曲線進(jìn)行升速，才能確保機(jī)組一次開機(jī)成功。

1 故障現(xiàn)象

山東東明石化集團(tuán)中油公司60萬噸/年催化裂化裝置背壓沖動式汽輪機(jī)組型號B1.8-3.43/1.1，由某汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，額定轉(zhuǎn)速9822 r/min，離心壓縮機(jī)某壓縮機(jī)廠配套產(chǎn)品額定流量17 100 m3/h，2004年8月首次投用。由于該機(jī)組未設(shè)置暖機(jī)流程，所以歷次開機(jī)時轉(zhuǎn)速控制在1000 r/min以內(nèi)進(jìn)行低速暖機(jī)。

2018年5月7 日凌晨4：00汽輪機(jī)進(jìn)行開機(jī)前的準(zhǔn)備工作，按照操作規(guī)程（5～10）℃/min的速度暖管，當(dāng)達(dá)到開機(jī)條件后，9:23：39開始低速暖機(jī)，首先全開中壓蒸汽入口閘閥（DN300）再打開主汽門，室內(nèi)505調(diào)速器輸入500 r/min的信號，9:23:39現(xiàn)場機(jī)組開始啟動，至9:24:10轉(zhuǎn)速升至3565 r/min（該時間點(diǎn)機(jī)組振動值18.29 μm、17.78 μm），操作人員立即按下停機(jī)按鈕進(jìn)行停機(jī)（按照操作規(guī)程要求在冷態(tài)開機(jī)時需500 r/min運(yùn)行30 min），隨后和儀表人員進(jìn)行溝通，505調(diào)速器為新更換設(shè)備，調(diào)速器正常，隨結(jié)合維修人員意見進(jìn)行第二次啟機(jī)。室內(nèi)給啟動信號機(jī)組啟動，9:30:40轉(zhuǎn)速迅速升至4738 r/min（該時間點(diǎn)機(jī)組振動值17.33 μm、18.25 μm）操作人員馬上按下停機(jī)按鈕進(jìn)行了停機(jī)。

停機(jī)后聯(lián)系維修人員組織查看調(diào)速汽門，經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)判斷調(diào)速汽門有可能關(guān)閉不嚴(yán)，利用中壓蒸汽總閥付線閥（DN50）控制進(jìn)汽輪機(jī)中壓蒸汽流量。然后關(guān)閉中壓蒸汽主閥門（DN300）打開付線閥（DN50）9:52:59室內(nèi)給開機(jī)信號，9:54:14現(xiàn)場轉(zhuǎn)速升至 4224 r/min（該時間點(diǎn)機(jī)組振動值 27.24 μm、28.23 μm），馬上關(guān)小中壓蒸汽付線閥（DN50 mm）轉(zhuǎn)速下降至708 r/min（該時間點(diǎn)機(jī)組振動值19.20μm、18.21 um），之后按照升速曲線進(jìn)行升速，至10:43:16轉(zhuǎn)速升至6069 r/min（該時間點(diǎn)機(jī)組振動值 35.68 μm、40.66 μm）,至 10:50:25 時轉(zhuǎn)速升至 7203 r/min 振動迅速升高至237.66 μm、238.38 μm且現(xiàn)場振動噪聲較大，室內(nèi)馬上按下停機(jī)按鈕進(jìn)行停機(jī)。

經(jīng)過協(xié)商后決定打開汽輪機(jī)前后軸承進(jìn)行檢查，約15:00打開軸承蓋發(fā)現(xiàn)軸瓦有輕微磨損（圖1），汽封齒有磨損痕跡（圖2），轉(zhuǎn)子上有磨損痕跡（圖3）。磨損之后產(chǎn)生高溫汽封體顏色呈深藍(lán)色。

2 處理措施

根據(jù)檢查情況分析轉(zhuǎn)子動平衡已受到破壞，需返廠做動平衡校正，維修人員立即拆卸轉(zhuǎn)子連夜返回制造廠進(jìn)行維修。在制造廠做動平衡時當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1014 r/min時，振動已經(jīng)很大，轉(zhuǎn)子動平衡嚴(yán)重破壞，進(jìn)行配重做平衡（圖4）。

5月9日凌晨3:40轉(zhuǎn)子返廠維修完畢拉至現(xiàn)場進(jìn)行安裝，同時對調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)飛錘有磨損痕跡（圖5），逐對汽輪機(jī)飛錘進(jìn)行了修復(fù)。下午13:00安裝完畢進(jìn)行暖管，至16:45生產(chǎn)上達(dá)到啟動條件，啟機(jī)后按照升速曲線升速，逐步調(diào)整至正常轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至9000 r/min時振動值27.42 μm、29.89 μm，機(jī)組啟動正常，裝置按照開工程序開工。

圖1 軸瓦磨損情況

圖2 汽封磨損情況

3 故障原因分析

（1）調(diào)速系統(tǒng)泄漏量較大，當(dāng)?shù)退倥瘷C(jī)時大量高溫蒸汽泄漏到機(jī)體內(nèi)，轉(zhuǎn)子急速升溫并高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變形。由于該機(jī)組沒有暖機(jī)流程，所以在冷態(tài)開機(jī)時需500 r/min運(yùn)行30 min，1000 r/min 運(yùn)行10 min進(jìn)行低速暖機(jī)，在前3次開機(jī)時均在短時間內(nèi)達(dá)到約 4000 r/min，所以調(diào)速系統(tǒng)泄漏量大是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子變形機(jī)組振動大的主要原因。

圖3 轉(zhuǎn)子磨損情況

（2）該機(jī)組未設(shè)計暖機(jī)流程，在機(jī)組冷態(tài)啟動時容易發(fā)生機(jī)體或轉(zhuǎn)子升溫不均勻或升溫過快造成動、靜擦碰的情況。

（3）本次開機(jī)由于漏氣量大，轉(zhuǎn)速無法控制進(jìn)行了多次調(diào)試多次開機(jī)多次停機(jī)，對機(jī)組開機(jī)也有一定的影響。

圖4 在制造廠做動平衡情況

圖5 飛錘磨損情況

4 防范措施

（1）機(jī)組冷態(tài)啟動時嚴(yán)格按照操作規(guī)程、開機(jī)步驟進(jìn)行操作，按照升速曲線進(jìn)行升速，低速暖機(jī)要達(dá)到暖機(jī)時間。按照表1要求的溫度和時間進(jìn)行冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)的不同啟動方法。

（2）機(jī)組在經(jīng)歷多次開機(jī)多次停機(jī)過程中，轉(zhuǎn)子經(jīng)歷高溫、低溫這種交替變化極易引起轉(zhuǎn)子變形，動平衡破壞。所以開機(jī)過程中要細(xì)致、謹(jǐn)慎，確保一次開機(jī)成功，避免頻繁啟停機(jī)組，對機(jī)組造成影響。

（3）開機(jī)過程中遇到問題要查清原因，弄清真相后再啟動設(shè)備，防止問題未查清就盲目開機(jī)。

（4）加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)，使其熟練掌握操作規(guī)程，嚴(yán)格按照操作步驟進(jìn)行操作，增強(qiáng)出現(xiàn)問題后崗位異常情況處理的能力。