15 MW背壓式汽輪機(jī)組調(diào)試過(guò)程中存在的問(wèn)題分析及解決策略

張夢(mèng)哲　劉廣于　李鐵生　左興堂　楊會(huì)永

摘 要：針對(duì)某公司供熱改造工程中，新建背壓機(jī)組在調(diào)試及試運(yùn)行過(guò)程中暴露出的問(wèn)題進(jìn)行了梳理分析，并采取了有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)策略，最終實(shí)現(xiàn)了該機(jī)組的靈活啟停和穩(wěn)定運(yùn)行，滿足了生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);振動(dòng);動(dòng)平衡;調(diào)試

中圖分類號(hào)：TM311? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）11-0065-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.018

0? ? 引言

某公司根據(jù)生產(chǎn)需求對(duì)現(xiàn)有的分軸式CCPP機(jī)組進(jìn)行了供熱改造，新建一座15 MW背壓式汽輪機(jī)組，可在采暖季通過(guò)原燃機(jī)余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫、次高壓蒸汽進(jìn)入背壓式汽輪機(jī)發(fā)電，并向蒸汽管網(wǎng)提供低壓蒸汽。

該工程所選用汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的LB15-5.5/0.981/525型背壓式汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)為山東濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠有限公司生產(chǎn)的QF-15-2型汽輪發(fā)電機(jī)，機(jī)組采用北京和利時(shí)公司生產(chǎn)的DCS控制系統(tǒng)，可滿足冷態(tài)、穩(wěn)態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)的啟動(dòng)要求。

機(jī)組安裝完成后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了整套調(diào)試工作（包括分系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試、整套熱態(tài)調(diào)試）和帶負(fù)荷試運(yùn)行試驗(yàn)，過(guò)程中暴露了若干問(wèn)題，經(jīng)過(guò)運(yùn)行單位、調(diào)試單位、建設(shè)安裝單位的協(xié)同研討，進(jìn)行了有針對(duì)性的調(diào)整和優(yōu)化，最終系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、啟停靈活，能滿足生產(chǎn)需要?，F(xiàn)將調(diào)試過(guò)程中部分問(wèn)題的原因分析及解決策略整理如下。

1? ? 存在問(wèn)題

1.1? ? 上下缸溫差大

15 MW背壓式機(jī)組調(diào)試過(guò)程中，機(jī)組停機(jī)惰走后存在上下缸溫差大的現(xiàn)象（其上下缸溫差顯示為50 ℃以上，而啟機(jī)要求上下缸溫差小于50 ℃），不符合再次快速啟機(jī)要求。需要延長(zhǎng)暖機(jī)，并通過(guò)夾層加熱系統(tǒng)以主蒸汽分流增熱才可縮小上下缸溫差，以滿足啟機(jī)要求。

1.2? ? 啟動(dòng)過(guò)程振動(dòng)值大

在背壓式機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，存在1#、2#、4#軸振較大的現(xiàn)象，振動(dòng)情況如表1所示。

其中，2# X/Y軸振在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中均存在較高現(xiàn)象，曾兩次因振動(dòng)值過(guò)高而跳機(jī);定速3 000 r/min后振動(dòng)值稍穩(wěn)，但帶負(fù)荷后該處軸振值呈周期性波動(dòng)。

4# X軸振在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)臨界值（2 200 r/min）時(shí)仍正常，但在2 600 r/min升至3 000 r/min過(guò)程中振動(dòng)值偏大，且定速3 000 r/min后仍未下降，但未至報(bào)警值。

2? ? 原因分析和梳理

2.1? ? 針對(duì)上下缸溫差大的原因分析

（1）背壓機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，對(duì)空排汽管道與外界空氣相通，機(jī)組對(duì)空排汽管道出口高度（9.4 m）與機(jī)組中心線高度（8.75 m）處于同一水平，其高度差未能形成煙囪效應(yīng)，且前軸封Ⅰ段撤汽、Ⅰ段門桿漏汽直接與背壓機(jī)排汽管道連接，增加了串入外界冷空氣的可能。另一方面，汽缸本體疏水管道均連接至2#疏水?dāng)U容器，前軸封Ⅱ段撤汽、后軸封Ⅰ段撤汽與1#疏水?dāng)U容器連接，疏水?dāng)U容器與外界空氣相通，機(jī)組停機(jī)均打開本體疏水，前幾次操作中軸封撤汽閥門亦未關(guān)閉，存在外界空氣通過(guò)上述兩處管道反串至汽缸的可能，造成下缸溫度下降相對(duì)較快的現(xiàn)象。（2）該機(jī)組汽缸設(shè)有持環(huán)，安裝有多級(jí)隔板，將汽缸分為內(nèi)外雙層汽缸。夾層加熱系統(tǒng)的作用是在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)將主蒸汽引入持環(huán)與汽缸之間的夾層，使汽缸整體溫度沿軸向趨于均勻，控制手段是通過(guò)調(diào)整夾層進(jìn)汽流量來(lái)控制加熱速度。但該機(jī)組夾層加熱系統(tǒng)與汽輪機(jī)下缸體疏水共用一根管道，夾層加熱系統(tǒng)投入時(shí)，易導(dǎo)致汽缸疏水不良;若不投入夾層加熱系統(tǒng)，則無(wú)法有效降低上下缸溫差，無(wú)法在較短時(shí)間內(nèi)快速重啟機(jī)組，延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間。針對(duì)該問(wèn)題需采取應(yīng)對(duì)策略。

2.2? ? 針對(duì)各瓦振動(dòng)值大的原因分析

2.2.1? ? 初步檢查分析及調(diào)整

待盤車結(jié)束、潤(rùn)滑油停轉(zhuǎn)后，安裝團(tuán)隊(duì)拆卸前后軸承箱及4#軸瓦，檢查主軸及軸瓦磨損情況，發(fā)現(xiàn)1#、2#軸瓦處主軸均有均勻分布的細(xì)小磨痕，屬于正常運(yùn)行磨損范圍。2#瓦上半有若干細(xì)小磨痕，呈現(xiàn)為右側(cè)劃痕較深、左側(cè)非常淺的情況，表明其振動(dòng)存在不均勻性。4#軸瓦處主軸磨損痕跡密集均勻且細(xì)小，經(jīng)過(guò)觸摸發(fā)現(xiàn)其磨痕旋轉(zhuǎn)周期中深淺程度亦有差異，可見主軸轉(zhuǎn)動(dòng)周期中振動(dòng)分布不均勻。

結(jié)合上述拆解檢查和對(duì)啟機(jī)操作過(guò)程的研討，進(jìn)行初步分析和調(diào)整：（1）2# X/Y軸振在啟機(jī)過(guò)程中較高，初步分析原因可能為：兩次2#軸振高導(dǎo)致跳機(jī)，均在嚴(yán)密性試驗(yàn)主蒸汽供汽切斷后，背壓機(jī)失速惰走，對(duì)空排汽電動(dòng)閥未關(guān)閉，存在外界空氣通過(guò)對(duì)空排汽管道反串入背壓機(jī)的可能，則可能導(dǎo)致2#軸瓦主軸局部受冷，發(fā)生臨時(shí)性形變。充分暖機(jī)后消除，即可繼續(xù)啟機(jī)，運(yùn)行過(guò)程中該值較穩(wěn)定。（2）4# X軸振在經(jīng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速后，自2 600 r/min升速至3 000 r/min過(guò)程中，值偏高，初步分析其原因可能為軸瓦間隙及緊力調(diào)整不佳。拆解檢查后，安裝團(tuán)隊(duì)對(duì)4#軸瓦進(jìn)行轉(zhuǎn)子間隙及緊力檢查，并進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。調(diào)整后再次開機(jī)，但開機(jī)后仍表現(xiàn)為2 600 r/min后振動(dòng)值顯著上升，即上述優(yōu)化調(diào)整無(wú)效。

2.2.2? ? 4#軸振值大的進(jìn)一步分析

針對(duì)上述異常情況，分別對(duì)3#軸瓦（發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)）和4#軸瓦（發(fā)電機(jī)勵(lì)磁側(cè)）X/Y方向四個(gè)通道的振動(dòng)信息進(jìn)行采集，其振動(dòng)幅值及相位如表2所示。針對(duì)4#軸瓦振動(dòng)的X/Y方向時(shí)域和頻域分析圖采集如圖1和圖2所示。

綜合分析表2和圖1、圖2可得：

（1）時(shí)域呈現(xiàn)較為規(guī)則的簡(jiǎn)諧波，頻譜分析中顯示振動(dòng)主要集中在一倍頻;（2）振動(dòng)趨勢(shì)圖顯示，振動(dòng)穩(wěn)定、相位穩(wěn)定，振動(dòng)對(duì)負(fù)荷不敏感，振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的增加而增大;（3）徑向振動(dòng)大，根據(jù)上述分析判斷轉(zhuǎn)子軸系存在動(dòng)不平衡，決定對(duì)轉(zhuǎn)子軸系做在線動(dòng)平衡。

3? ? 解決思路及落實(shí)措施

3.1? ? 啟停操作方案針對(duì)性優(yōu)化

經(jīng)過(guò)原因分析和梳理，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在外界空氣串入機(jī)組缸體內(nèi)，導(dǎo)致上下缸溫差大的問(wèn)題，以及轉(zhuǎn)子局部受冷進(jìn)而導(dǎo)致2#軸瓦振動(dòng)值高的問(wèn)題。現(xiàn)階段對(duì)機(jī)組進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改造不符合調(diào)試工作的需要，故針對(duì)機(jī)組啟停操作做如下優(yōu)化調(diào)整。

3.1.1? ? 開機(jī)過(guò)程中的操作調(diào)整

（1）啟動(dòng)前，打開前后軸封撤汽至疏水罐手動(dòng)門;打開本體/管道7個(gè)疏水氣動(dòng)門;軸加風(fēng)機(jī)定速3 000 r/min后再啟動(dòng)，溫態(tài)/熱態(tài)尤其要注意，過(guò)早啟動(dòng)會(huì)引起轉(zhuǎn)子局部受冷彎曲。

（2）夾層加熱系統(tǒng)可控制缸溫差、機(jī)組正脹差，操作過(guò)程中一次門全開，二次門現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)整開度。

1）盤車狀態(tài)下，如缸溫差大，可投入夾層加熱，投入過(guò)程中注意盤車狀態(tài)，主汽壓力宜<2.0 MPa，手動(dòng)緩慢調(diào)整二次門開度，避免機(jī)組升速。2）在線切換冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，因主汽溫度較高，沖轉(zhuǎn)后需投入夾層加熱系統(tǒng)控制脹差;為保證缸體疏水通暢，暖機(jī)時(shí)需間斷性退出加熱蒸汽。具體操作如下：投入夾層加熱10 min，加快汽缸膨脹;退出夾層加熱10 min，保證疏水通暢。3）溫態(tài)、熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，視脹差情況投入夾層加熱。如脹差>+3.0 mm，間斷性投入夾層加熱，如下缸溫升正常，缸溫差穩(wěn)定，可適當(dāng)延長(zhǎng)加熱蒸汽投入時(shí)間。

（3）機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中需重點(diǎn)控制正脹差增大問(wèn)題，同時(shí)應(yīng)控制主汽參數(shù)尤其是主汽溫度穩(wěn)定;機(jī)組并網(wǎng)后，緩慢提升燃機(jī)負(fù)荷（宜每10～15 min提升1 MW），如脹差>+3.0 mm，投入夾層加熱加快熱膨脹。

3.1.2? ? 停機(jī)過(guò)程中的操作調(diào)整

（1）機(jī)組負(fù)荷低至2 MW，開本體3個(gè)疏水（調(diào)節(jié)閥汽室、汽缸下半進(jìn)汽室、汽缸下半夾層），打閘后開其余4個(gè)疏水（主汽閥、夾層加熱、排汽止回閥、排汽快切閥）。（2）停機(jī)后關(guān)閉背壓機(jī)電動(dòng)主閘門，打開自動(dòng)主汽門前防腐排汽，主汽管道隔斷消壓（注意避免疏水管道串汽）。

3.2? ? 轉(zhuǎn)子在線動(dòng)平衡校正優(yōu)化

根據(jù)2.2.2原因分析，組織專業(yè)人員針對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行在線動(dòng)平衡校正優(yōu)化。校正情況如下：

（1）采集初始振動(dòng)數(shù)據(jù)。分別對(duì)3#軸瓦（發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)）和4#軸瓦（發(fā)電機(jī)勵(lì)磁側(cè)）X/Y方向四個(gè)通道的振動(dòng)信息進(jìn)行采集。啟動(dòng)機(jī)組，定速3 000 r/min后測(cè)得軸承振動(dòng)情況，如表3所示。

（2）試加配重塊。在保證采集數(shù)據(jù)的有效性和減少設(shè)備損傷的原則下，合理設(shè)置試塊重量[1]，經(jīng)計(jì)算，3#瓦側(cè)試加配重125 g/270°，4#瓦側(cè)試加配重125 g/90°，第二次啟動(dòng)機(jī)組，定速3 000 r/min后采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，如表3所示。

（3）優(yōu)化配重，校正動(dòng)平衡。根據(jù)試加配重后的振動(dòng)幅值及相角變化，可得試加配重的靈敏度，并根據(jù)靈敏度和影響系數(shù)對(duì)配重進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整：3#瓦側(cè)配重調(diào)整為75 g/240°，4#瓦側(cè)配重調(diào)整為100 g/30°。調(diào)整后，第三次啟動(dòng)機(jī)組，定速3 000 r/min后采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，如表3所示。

可見，經(jīng)過(guò)在線動(dòng)平衡后，4#軸瓦的振動(dòng)得到了明顯改善，本次啟機(jī)過(guò)程中3#軸瓦和4#軸瓦X/Y方向的振動(dòng)趨勢(shì)如圖3所示。4#軸瓦X方向振動(dòng)由原來(lái)的135.2 μm優(yōu)化至56.2 μm，同時(shí)其他軸瓦各向振動(dòng)情況也得到了改善，符合機(jī)組運(yùn)行要求，達(dá)到了預(yù)期校正目的。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)新建背壓式汽輪機(jī)組試運(yùn)行過(guò)程中暴露出的問(wèn)題，分別通過(guò)上述對(duì)策得到了有效解決，目前機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，滿足了生產(chǎn)需要;同時(shí)，后續(xù)改造升級(jí)中，應(yīng)對(duì)工藝系統(tǒng)和裝備進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)，長(zhǎng)期徹底地解決上述問(wèn)題。該機(jī)組試運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題及其應(yīng)對(duì)策略也對(duì)其他類似機(jī)組的調(diào)試運(yùn)行具有指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳永誠(chéng)，茍臻平，史有東.大型風(fēng)機(jī)異常振動(dòng)原因及處理措施[J].水泥技術(shù)，2021（3）：57-58.

收稿日期：2022-03-15

作者簡(jiǎn)介：張夢(mèng)哲（1994—），男，河北唐山人，碩士研究生，從事發(fā)電設(shè)備管理工作。