YL12000kW 煙氣輪機故障的分析診斷

劉 陽，盧 綱

（1.西安交通大學(xué)，陜西西安 710049；2.渤海裝備蘭州石油化工裝備分公司，甘肅蘭州 730060；3.甘肅省煉化特種裝備工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州 730060）

0 引言

煙氣輪機是煉油廠催化裂化裝置能量回收的關(guān)鍵設(shè)備，其運行情況直接關(guān)系到裝置的運行周期和能耗水平。煙氣輪機作為主風(fēng)機組的驅(qū)動設(shè)備，對其健康狀態(tài)的依賴程度越來越高。煙氣輪機不但應(yīng)用工況惡劣，如介質(zhì)溫度高、沖蝕性強，而且自身具有功率大、轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)控儀表繁多，運行及檢修要求高等特點，因此在設(shè)計、制造、安裝、運行、工藝操作等環(huán)節(jié)稍有不當(dāng)，都會造成設(shè)備在運行時發(fā)生種種故障。本項目利用狀態(tài)監(jiān)測和分析系統(tǒng)，及時分析了煙機振動超標(biāo)原因，且提出了消振措施，為該煙氣輪機的日常運行管理和檢維修等提供了決策依據(jù)。

1 故障現(xiàn)象

某煉廠重催完成大檢修之后，YL12000kW 煙氣輪機組于2017 年7 月2 日開機。機組啟動之初，聯(lián)軸器端的兩個通道后軸西南X、后軸西北Y 振動數(shù)值就偏大，在低轉(zhuǎn)速94 r/min 時，振動就達到35 μm，當(dāng)達到工作轉(zhuǎn)速5840 r/min 時，隨著煙氣輪機介質(zhì)流量的增加，后軸西北通道的振動達到了約93 μm（圖1）。煙氣輪機運行不足4 h，用戶為了安全起見，機組被迫停機。

2 故障分析

機組在低轉(zhuǎn)速94 r/min 時，后軸Y 通道波形頻譜圖如圖2所示。

煙氣輪機在低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，后軸Y 通道的時域波形中含有明顯的瞬時尖峰，瞬時尖峰形成的振幅約為30 μm。機組在工作轉(zhuǎn)速5848 r/min 時，聯(lián)軸器端后軸軸心軌跡如圖3 所示。

從工作轉(zhuǎn)速下的后軸軸心軌跡圖中可以看出，合成的軸心軌跡圖中含有負向電壓的尖峰，且右邊的時域波形Y 方向信號比X 方向滯后90°，與兩個探頭安裝的物理相位完全吻合，尖峰是由測振帶表面處有劃痕缺陷迅速通過X/Y 向電渦流位移傳感器響應(yīng)造成的。

圖1 振動趨勢

圖2 94 r/min 時波形頻譜圖

圖3 5840 r/min 時后軸軸心軌跡

煙氣輪機采用的本特利3300 XL 8 mm 系列電渦流位移傳感器。該傳感器在使用時，其靈敏度與被測物體表面的形狀有關(guān)，測量靈敏度高，線性好，其間隙電壓與間隙的線性特性為0.007 87 V/μm。其工作原理的本質(zhì)就是：利用改變其探頭頭部線圈的高頻電流的幅度和相位，及改變線圈的有效阻抗Z（圖4）。探頭線圈的有限阻抗與被測金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r，線圈與金屬導(dǎo)體的距離d，線圈激勵電流強度I和頻率ω 等參數(shù)有關(guān)，可以用函數(shù)Z=F（μ，σ，d，r，I，ω）來表示。當(dāng)μ、σ、r、δ、I、ω 等參數(shù)恒定不變時，那么阻抗Z 就成為探頭端面與金屬表面之間距離d 的單值函數(shù)，Z=F（d）。

圖4 電渦流作用原理

在軸振動機探頭安裝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：探頭監(jiān)測的表面（正對探頭中心線的兩邊1.5 倍探頭直徑寬度的軸的整個圓周面）應(yīng)無劃痕跡或其他任何不連續(xù)的表面，且在這個范圍內(nèi)不能有噴鍍金屬或電鍍，表面粗糙度應(yīng)在0.4～0.8 μm。所以，轉(zhuǎn)子上用來測量振動的表面是基準(zhǔn)面，必須保證此表面緊密、完好無損才能正確地監(jiān)測轉(zhuǎn)子的實際振動。如果測量表面有缺陷，必然會影響測量的結(jié)果。通過對圖譜的分析以及對聯(lián)軸器端附近軸承箱體振動烈度的測量，診斷出該煙氣輪機的振動測量部位的軸表面應(yīng)該存在缺陷，缺陷引起的幅值突變?yōu)?0 μm 左右，因此總振幅值中含有部分虛假信息，實際振動應(yīng)該在63 μm 左右，低于煙氣輪機的報警門限（80 μm）。機組的振動此時應(yīng)該在安全運行范圍之內(nèi)，機組完全可以繼續(xù)平穩(wěn)運行。

圖5 表面劃痕分布情況

3 診斷結(jié)論

機組停機之后，將該煙氣輪機轉(zhuǎn)子抽出，發(fā)現(xiàn)在距離轉(zhuǎn)子副推力面64～78 mm 處存在多處劃痕的表面缺陷（圖5）。而探頭的安裝位置在距離副推力面67.5 mm 處。

4 消振措施

（1）轉(zhuǎn)子后軸頸處，從副推力面起沿軸向至80 mm 處以最小量車削以消除表面劃痕缺陷。加工后表面進行光整處理，保證粗糙度達到0.4 μm 以下。

（2）對轉(zhuǎn)子重新做動平衡。該消振措施的優(yōu)點就是不影響軸承安裝及支撐軸瓦間隙。

5 診斷驗證

YL12000KW 煙氣輪機轉(zhuǎn)子修復(fù)后，機組于7 月8 日再次啟機。煙氣輪機在工作轉(zhuǎn)速下，聯(lián)軸器端的振幅比修復(fù)前大幅下降，最大振幅小于35 μm，機組運行情況比較理想，診斷結(jié)論和消振措施都得到了準(zhǔn)確的驗證。

6 結(jié)束語

利用狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)在設(shè)備發(fā)生故障時能夠?qū)ΠY下藥，做到預(yù)知維修，縮短維修周期，為設(shè)備的安穩(wěn)運行保駕護航。