甲醇合成氣中汽輪機(jī)振動(dòng)分析與對策

崔海鑫 常振宇

摘 要：甲醇合成氣壓縮機(jī)由凝汽式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，在汽輪機(jī)工作過程中會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，汽輪機(jī)是否正常運(yùn)行可由汽輪機(jī)的振動(dòng)情況進(jìn)行判定。如若汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)，可能對離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生破壞作用，不利于安全生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。本文以凝氣式汽輪機(jī)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，提出一些對策。

關(guān)鍵詞：凝汽式汽輪機(jī);振動(dòng);對策

汽輪機(jī)是甲醇合成等行業(yè)廣泛運(yùn)用的機(jī)械設(shè)備之一，也是甲醇等生產(chǎn)裝置中必不可少的。汽輪機(jī)振動(dòng)問題一直是其運(yùn)行、維護(hù)及管理的要點(diǎn)。汽輪機(jī)振動(dòng)過高或者振動(dòng)異常，不僅使離心式壓縮機(jī)組運(yùn)行的效率下降、能耗增大，而且稍有不慎就可能造成嚴(yán)重的事故[1-2]。由此可見，如何有效地控制和減小壓縮機(jī)組中汽輪機(jī)振動(dòng)顯得重要。

1 汽輪機(jī)的概述

汽輪機(jī)，可稱為蒸汽機(jī)，是一種旋轉(zhuǎn)式蒸汽動(dòng)力裝置也是蒸汽動(dòng)力裝置中最為重要的組成部分，可將蒸氣的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。在實(shí)際應(yīng)用中，主要將其作為發(fā)電所用的原動(dòng)機(jī)，也應(yīng)用于發(fā)電機(jī)的機(jī)組上，尤其是各種泵的驅(qū)動(dòng)以及風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等，按照蒸汽初壓可以將汽輪機(jī)分為低壓汽輪機(jī)、中壓汽輪機(jī)、高壓汽輪機(jī)、超高壓汽輪機(jī)、亞臨界壓力汽輪機(jī)以及超臨界壓力汽輪機(jī)六個(gè)等級[3]。

1.1 工作原理

在蒸汽設(shè)備的作用下，汽輪機(jī)對進(jìn)入其中的蒸汽進(jìn)行擠壓，汽輪內(nèi)的蒸汽經(jīng)技能型膨脹做功以后，一部分的蒸汽會(huì)從軸封部分漏出，其余的部分全部會(huì)進(jìn)入到凝汽器中，在其凝結(jié)成水，提高汽輪機(jī)熱效率?？s減排氣缸直徑尺寸，將已經(jīng)做完功的蒸汽抽回回?zé)峒訜崞髦?，這種蒸汽機(jī)，稱之為凝汽式汽輪機(jī)。利用汽輪機(jī)帶離心式壓縮機(jī)的工作原理，打開閘門后實(shí)行對運(yùn)行機(jī)組工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，得到汽輪機(jī)帶離心式壓縮機(jī)的實(shí)際工作參數(shù)，進(jìn)一步的分析并完成逆功率的保護(hù)。這對于汽輪機(jī)的機(jī)組調(diào)節(jié)是很重要的[4]。

1.2 結(jié)構(gòu)部件及配套設(shè)備

凝氣式汽輪機(jī)設(shè)備主要由凝汽器、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵以及抽氣器組成[5]。汽輪機(jī)排氣進(jìn)入凝汽器中，然后在循環(huán)水作用下，凝結(jié)成水，然后凝結(jié)水泵將其抽出，經(jīng)過熱器的加熱后，將水送回鍋爐中。在進(jìn)行汽輪機(jī)的使用時(shí)，其主要的配套設(shè)備應(yīng)該引起重視。汽輪機(jī)主要由輪轉(zhuǎn)部位和主要的聯(lián)動(dòng)區(qū)域構(gòu)成，其他部分是靜止的，涵蓋隔板、進(jìn)汽部分等。因?yàn)槠啓C(jī)在使用時(shí)需要在較高的溫度下，因此該設(shè)備屬于高精密度要求的機(jī)械設(shè)備，同時(shí)需要與不同的加熱器設(shè)備相結(jié)合，共同構(gòu)成相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)部件[6]。

2 本廠所用汽輪機(jī)簡介

本廠汽輪機(jī)采用杭州汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的HNKS40/ 56型蒸汽輪機(jī)，其設(shè)計(jì)蒸汽壓力為8.83MPa，溫度535℃。正常轉(zhuǎn)速7562rpm，額定轉(zhuǎn)速7704rpm，排氣壓力-0.89kPa。

正常耗氣量57.6t/h，額定耗氣量60.4t/h。實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)中，蒸汽壓力為7.832-8.782MPa，溫度515℃左右，蒸汽消耗在50-67t/h。

3 一年來的總體振動(dòng)分析

3.1 一年來的總體振動(dòng)情況

正常情況下，汽輪機(jī)振值一般在18μm以下。自2016年11月25日-2017年11月20日，一年來，汽輪機(jī)共發(fā)生67次不同程度的超值振動(dòng);平均每月波動(dòng)5.58次，每周波動(dòng)1.28次，振動(dòng)發(fā)生時(shí)，一般在20-60μm波動(dòng)，其中，大于35μm振動(dòng)次數(shù)達(dá)到63次，占94%;大于45μm振動(dòng)次數(shù)達(dá)到41次，占61.2%;大于50μm振動(dòng)次數(shù)達(dá)到21次，占31.3%。氣量調(diào)節(jié)時(shí)，振動(dòng)次數(shù)60次，占89.88%;蒸汽量調(diào)節(jié)時(shí)，振動(dòng)67數(shù)次，占100%。具體振動(dòng)情況如表1所示。

如表1所知，我們得到2016年12.8-2017年1.2，25天時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)17次，平均0.68次/日，主要原因?yàn)槿肟趬毫^低，都在1.2 MPa以下，振動(dòng)前平均壓比4.52。振動(dòng)占總量的25.37%。

2017年1.7-2017年2.16，40天，振動(dòng)19次，平均0.63次/日，平均入口壓力1.6MPa，振動(dòng)前平均壓比4.19。振動(dòng)占總量的28.36%。

2017年5月、8月、9月、10月，4個(gè)月一般每月振動(dòng)4-5次，共22次，平均入口壓力1.82MPa，振動(dòng)前平均壓比4.21。振動(dòng)占總量的32.83%。

2017年11.6-11.20，15天振動(dòng)8次，平均入口壓力1.929MPa，振動(dòng)前平均壓比4.27。振動(dòng)占總量的11.95%。

3.2 一年來的總體振動(dòng)原因分析及危害

從上述表1的數(shù)據(jù)分析來看，有如下結(jié)論：

汽量調(diào)節(jié)時(shí)，振動(dòng)必發(fā)生。實(shí)際蒸汽品質(zhì)達(dá)不到要求，壓力不足，汽輪機(jī)蒸汽耗量大（超負(fù)荷），（超負(fù)荷最大：17.5%）。

原因：①汽機(jī)末級蒸汽濕氣大，葉片負(fù)載大，易引進(jìn)葉片振動(dòng);②蒸汽流量超設(shè)計(jì)，單位面積的流量超設(shè)計(jì)，易引起葉片振動(dòng);③透平整體超負(fù)荷，轉(zhuǎn)子的承載力增加，油膜的承載力增加，油楔角改變，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平衡破壞，易發(fā)生振動(dòng)。

危害：①汽輪機(jī)輪室壓力高，通流部分沖刷大;②運(yùn)行不穩(wěn)、經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)，易引起葉片應(yīng)力增大、葉片受損;③止推軸承承載力大，溫度高（實(shí)際），軸承壽命短;④經(jīng)常振動(dòng)，密封部件受損;⑤轉(zhuǎn)子的彎曲應(yīng)力增大，易造成轉(zhuǎn)子失衡。

入口壓力低，高壓比，氣體在葉輪內(nèi)易形成渦動(dòng)，易引進(jìn)轉(zhuǎn)子振動(dòng)。而且，入口壓力越低、壓比越大，越易發(fā)生振動(dòng)。

危害：①運(yùn)行不穩(wěn)、經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)，易引起葉輪應(yīng)力增大、葉片受損;②經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)，軸承承載力大，軸承壽命短;③經(jīng)常振動(dòng)，密封部件受損;④渦動(dòng)的產(chǎn)生，出口溫度相應(yīng)也增加;⑤轉(zhuǎn)子的彎曲應(yīng)力增大，易造成轉(zhuǎn)子失衡。

氣體組分變化時(shí)，質(zhì)量流量發(fā)生變化，承載變化，一般也易發(fā)生振動(dòng)。

3.3 對汽輪機(jī)振動(dòng)情況提出采取的措施

在之后的汽輪機(jī)運(yùn)行中，我們認(rèn)為采取下列措施是有用的。

①提高蒸汽品質(zhì);②優(yōu)化工況，降低壓比;負(fù)荷調(diào)節(jié)，要緩、穩(wěn);③提高保溫措施（對保溫全面檢查，不合格時(shí)修正）;④控制合成負(fù)荷，不要長期超負(fù)荷運(yùn)行;⑤控制氫碳比4.0以上;⑥在正常情況下關(guān)閉防喘振閥，盡量降低機(jī)組轉(zhuǎn)速;⑦機(jī)會(huì)檢修時(shí)，檢查軸承、密封。

參考文獻(xiàn)：

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