合成裝置TK602蒸汽透平機(jī)故障分析

王勇

(中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司，江蘇南京 210048)

中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司煤化工部合成裝置TK602蒸汽透平機(jī)為一級(jí)氨冷凍螺桿壓縮機(jī)組，主要作用是為低溫甲醇洗裝置和空分裝置提供冷量。在下游用戶開(kāi)工或減負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，氨合成系統(tǒng)中的產(chǎn)品氨將從二級(jí)氨排放罐(壓力2.5 MPa，溫度1.4 ℃)改送至閃蒸罐減壓、閃蒸(絕壓0.08 MPa，溫度-38 ℃)，液氨送常壓儲(chǔ)罐，蒸發(fā)后的氣氨送至一級(jí)氨冷凍壓縮機(jī)入口。

機(jī)組采用蒸汽透平機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)，工作轉(zhuǎn)速為1 620 r/min，入口蒸汽來(lái)自中壓蒸汽管網(wǎng)，壓力3.82 MPa，溫度420 ℃左右，經(jīng)膨脹做功后出口壓力為1.0 MPa，溫度320 ℃左右，再經(jīng)過(guò)止逆閥送往低壓蒸汽管網(wǎng)。該蒸汽透平機(jī)由德國(guó)KKK公司制造，采用單級(jí)懸臂背壓式結(jié)構(gòu)，主要由蝸殼、葉輪與齒輪箱組成，齒輪箱高速軸與葉輪相連，低速軸與壓縮機(jī)相連。高速、低速軸兩端由可傾瓦式徑向軸承支撐，具有較好的穩(wěn)定性，每個(gè)瓦塊可繞支點(diǎn)做微小的擺動(dòng)，以適應(yīng)合適的工作位置，使每個(gè)瓦塊都能形成收斂的油楔，瓦塊與軸徑形成的油楔可以在運(yùn)行參數(shù)(負(fù)荷、速率、潤(rùn)滑油黏度等)改變的情況下，自動(dòng)調(diào)整為合適的形狀，由此不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)分力；瓦塊位置能自動(dòng)調(diào)整，使每個(gè)瓦塊上產(chǎn)生的油膜力均通過(guò)支點(diǎn)和軸徑中心，即總保持外載荷交于一點(diǎn)，因此不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使軸徑渦動(dòng)的切向分力。齒輪箱結(jié)構(gòu)及可傾瓦式徑向軸承見(jiàn)圖1。

圖1 齒輪箱結(jié)構(gòu)及可傾瓦式徑向軸承實(shí)物照片

高速軸每個(gè)軸承上分別設(shè)有2個(gè)振動(dòng)探頭，靠近葉輪側(cè)位號(hào)為VI26751X/Y，靠近壓縮機(jī)側(cè)位號(hào)為VI26752X/Y，每個(gè)軸瓦下瓦上均裝有2個(gè)雙支熱電阻來(lái)測(cè)量瓦溫。熱電阻安裝位置實(shí)物圖見(jiàn)圖2。

圖2 熱電阻安裝位置實(shí)物照片

1 設(shè)備故障現(xiàn)象

TK602蒸汽透平機(jī)高速軸VI26751X/Y、VI26752X的3個(gè)測(cè)振點(diǎn)的振動(dòng)值在同一時(shí)間突然出現(xiàn)增大現(xiàn)象，同時(shí)靠近壓縮機(jī)側(cè)軸瓦上一溫度點(diǎn)顯示溫度值突變到0 ℃。

該蒸汽透平機(jī)振動(dòng)停機(jī)采用四取二聯(lián)鎖方式，靠近葉輪側(cè)VI26751X/Y聯(lián)鎖設(shè)定值58 μm，報(bào)警值46 μm，靠近壓縮機(jī)側(cè)VI26752X/Y聯(lián)鎖設(shè)定值為54 μm，報(bào)警值38 μm，因只有VI26752X一點(diǎn)振動(dòng)值達(dá)到聯(lián)鎖設(shè)定值，另兩個(gè)點(diǎn)VI26751X/Y振動(dòng)值雖有增加但未達(dá)到聯(lián)鎖設(shè)定值，故未觸發(fā)振動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)。

2 故障原因分析和處理

TK602蒸汽透平機(jī)突發(fā)振動(dòng)值變大后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了排查。

1)運(yùn)行參數(shù)檢查。檢查機(jī)組振動(dòng)突變前后，蒸汽透平機(jī)進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、螺桿壓縮機(jī)負(fù)荷等工藝參數(shù)，各工藝參數(shù)均無(wú)明顯變化。

2)振動(dòng)值真假檢查。對(duì)機(jī)組的振動(dòng)聯(lián)鎖進(jìn)行臨時(shí)解除，將振動(dòng)值最大的VI26752X(73.844 μm)和振動(dòng)值最小的VI26752Y(25.820 μm)接線進(jìn)行在線對(duì)調(diào)，測(cè)量結(jié)果分別為VI26752X(24.213 μm)和VI26752Y(72.654 μm)，確定振動(dòng)值變大為真實(shí)情況。

3)測(cè)溫電阻檢查。該電阻型號(hào)為PT100熱電阻，環(huán)境溫度在0 ℃時(shí)標(biāo)定電阻值為100 Ω，隨著測(cè)量溫度的變化，電阻值會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)突變到0 ℃的溫度點(diǎn)電阻值為壞值，而且其所在位置處備用測(cè)溫電阻值也為壞值，據(jù)此判斷溫度點(diǎn)已斷裂。

4)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。以現(xiàn)有負(fù)荷為基準(zhǔn)，分別增加、減少5%負(fù)荷，振動(dòng)值隨之明顯變化，但負(fù)荷調(diào)整結(jié)束后，振動(dòng)趨勢(shì)隨即保持穩(wěn)定。

根據(jù)振動(dòng)突變與溫度突變?cè)谕粫r(shí)間發(fā)生，結(jié)合溫度探頭的安裝位置，通過(guò)上述檢查、試驗(yàn)后，得出基本判斷：溫度探頭斷裂后，瓦塊自由擺動(dòng)受到影響，瓦塊無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)到最佳工作位置，因此振動(dòng)突然增大，但在此運(yùn)行參數(shù)下振動(dòng)趨勢(shì)可以維持平穩(wěn)；在運(yùn)行參數(shù)調(diào)整過(guò)程中，軸瓦自動(dòng)調(diào)節(jié)不能完全適應(yīng)工況要求，振動(dòng)值發(fā)生變化，參數(shù)穩(wěn)定后振動(dòng)趨勢(shì)也隨之穩(wěn)定。此次振動(dòng)突然增大與熱電阻斷裂影響可傾瓦自動(dòng)調(diào)節(jié)有關(guān)。

考慮到TK602蒸汽透平機(jī)停車對(duì)公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)影響較大，鑒于振動(dòng)可控，討論決定維持機(jī)組運(yùn)行參數(shù)不變，監(jiān)控運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間觀察，機(jī)組振動(dòng)趨勢(shì)平穩(wěn)，安全可控，可以監(jiān)控運(yùn)行。

3 結(jié)論

TK602蒸汽透平機(jī)是合成裝置冷凍單元的關(guān)鍵設(shè)備，此次通過(guò)故障分析及處理雖然暫時(shí)解決了問(wèn)題，但也給機(jī)組長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行留下了隱患，暴露了大機(jī)組管理中存在的問(wèn)題，今后將規(guī)范大機(jī)組管理，按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行管理、使用、維護(hù)、修理，保障設(shè)備本質(zhì)安全，避免此類事件的再次發(fā)生。