汽輪機(jī)振動高原因分析及對策

劉 強(qiáng)

(中海石油華鶴煤化有限公司,黑龍江鶴崗 154100)

1 工藝流程

汽輪機(jī)8.9 MPa、520 ℃的過熱高壓蒸汽從透平下部經(jīng)速關(guān)閥進(jìn)入蒸汽調(diào)解室,再經(jīng)蒸汽高調(diào)節(jié)閥門控制進(jìn)入汽輪機(jī)透平。在透平中部設(shè)有抽汽管,抽汽壓力為4.4 MPa、溫度為437 ℃的過熱蒸汽送入中壓蒸汽管網(wǎng),其余蒸汽經(jīng)中調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)后返回透平繼續(xù)做功。乏汽從汽輪機(jī)末端排出后進(jìn)入表面冷凝器,被凝汽器內(nèi)管程的循環(huán)水冷凝成冷凝液,然后被冷凝液泵泵入真空抽氣冷凝器的管程,作為真空抽氣冷凝器的冷卻水。冷凝液在真空抽氣凝汽器完成熱交換后,經(jīng)過表面冷凝器液位調(diào)節(jié)閥調(diào)控后送至脫鹽水系統(tǒng)[1]。

2 問題描述

2021年10月,合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)排汽端振動(VI04451A/B)出現(xiàn)波動,振動由11.5 μm/7.5 μm波動至22 μm/16 μm;2021年11月振動開始頻繁波動,有時一天波動4～5次,嚴(yán)重影響裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。振動報警/聯(lián)鎖值為35 μm/53 μm。進(jìn)汽端振動(VI04450A/B)最高波動至32 μm/21 μm,未達(dá)到報警值,排汽端振動(VI04451A/B)為69 μm/44 μm,達(dá)到聯(lián)鎖值。由于聯(lián)鎖形式為二選二,因此未引發(fā)機(jī)組跳車。振動從上漲開始達(dá)到最大值再到恢復(fù)正常值經(jīng)歷約20 min,機(jī)組各工藝參數(shù)、支撐軸瓦溫度、位移未有變化(見表1)。

表1 2021年10月—2022年2月機(jī)組參數(shù)變化

3 故障排除

對儀表真實(shí)性進(jìn)行檢查,對可能造成探頭間隙電壓波動的原因進(jìn)行分析:

(1) 防松螺母沒有鎖緊,探頭會產(chǎn)生松動,間隙電壓會產(chǎn)生較大的跳動并造成低頻成分不固定地間歇性、跳動性強(qiáng)烈振動的假象[2]。

(2) 檢修中不經(jīng)意地碰傷探頭,造成探頭間隙電壓突然降低或消失。

(3) 密封工作狀態(tài)不好時,探頭的密封膠及線圈會被油中的腐蝕介質(zhì)腐蝕,造成間隙電壓緩慢降低,并引起振動緩慢降低、直至消失。

排查檢修記錄確認(rèn)機(jī)組探頭安裝無問題,查看狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)間隙電壓未發(fā)生異常,判斷儀表數(shù)據(jù)振動、位移、瓦溫為真實(shí)值。

4 機(jī)組振動原因分析

對比分析歷次出現(xiàn)振動波動時的數(shù)據(jù),汽輪機(jī)在近半年時間內(nèi),每次出現(xiàn)振動時的故障現(xiàn)象基本相同,即在轉(zhuǎn)速保持不變的情況下,汽輪機(jī)兩端軸振動及軸承座振動同步增大,增大速率及幅度無規(guī)律,出現(xiàn)的時間無規(guī)律,而且在透平兩端出現(xiàn)振動波動時,壓縮機(jī)的振動始終保持穩(wěn)定。在振動出現(xiàn)變化時,機(jī)組負(fù)荷、溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)均沒有明顯的調(diào)整。機(jī)組發(fā)生振動波動的過程中,頻譜主要是轉(zhuǎn)速的1倍頻成分發(fā)生明顯的增大現(xiàn)象,其他頻率成分變化很小,未見有新的故障特征出現(xiàn)。

根據(jù)振動圖譜分析,初步認(rèn)為汽輪機(jī)可能存在以下2種故障:

(1) 蒸汽帶液或有異物進(jìn)入,對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生瞬時沖擊,進(jìn)而產(chǎn)生振動。

(2) 由于軸心軌跡出現(xiàn)反進(jìn)動現(xiàn)象,透平可能存在動靜件摩擦[3]。

汽輪機(jī)入口為過熱的高壓蒸汽,壓力為8.9 MPa、溫度為520 ℃,集散控制系統(tǒng)(DCS)實(shí)時監(jiān)控蒸汽壓力、溫度。打開蒸汽放空未發(fā)現(xiàn)有液,蒸汽帶液的故障基本可以排除。對汽輪機(jī)軸封蒸汽檢查排水,未發(fā)現(xiàn)有液。

振動波動的主要特性頻率為1X,同時伴隨著1X相位的同步變化,但波動恢復(fù)后,相位基本可以恢復(fù)。轉(zhuǎn)子平衡性發(fā)生變化,振動恢復(fù)后相位角恢復(fù)。軸心軌跡圖不是平滑過渡,局部多處轉(zhuǎn)折對應(yīng)現(xiàn)象為摩擦。

懷疑內(nèi)部出現(xiàn)動靜摩擦故障,由于摩擦使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了熱彎曲效應(yīng),導(dǎo)致機(jī)組振動變大,具體摩擦位置懷疑在汽封、軸頸、接觸式油檔。軸承漏油或者油煙到油檔,軸封處高溫加熱形成污泥油泥積累,轉(zhuǎn)子和油泥之間接觸振動上漲,將油泥摩擦除掉,機(jī)組振動下降,周而復(fù)始[4]。

5 處理措施

(1) 考慮到振動波動達(dá)到報警聯(lián)鎖值,為了避免非必要的停車,經(jīng)討論決定將汽輪機(jī)報警/聯(lián)鎖值由35 μm/53 μm改為55 μm/75 μm,并制定設(shè)備風(fēng)險分析及監(jiān)控預(yù)案。

(2) 降低潤滑油溫度,以增加油膜支撐剛度。

(3) 對排油煙管線進(jìn)行吹掃,防止管線內(nèi)積碳導(dǎo)致排油煙不暢。

(4) 制作降溫裝置接空氣對透平進(jìn)汽端軸端均勻降溫,減緩油封、汽封處油泥、油垢的形成。

(5) 穩(wěn)定機(jī)組蒸汽壓力,避免因蒸汽管網(wǎng)波動引起機(jī)組波動。

(6) 2022年3月因前系統(tǒng)停車,合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)被迫停車。決定對隔離氮?dú)夤芫€進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)隔離氮?dú)夤芫€接頭處堵塞(見圖1)。對隔離氮?dú)饨宇^處堵塞進(jìn)行疏通,并將接頭進(jìn)行擴(kuò)孔,由2 mm擴(kuò)大到6 mm(見圖2)。

圖1 隔離氮?dú)舛氯闆r

6 效果驗(yàn)證

2022年7月大修,將汽輪機(jī)解體,檢查發(fā)現(xiàn)氮?dú)饷芊馓幋嬖谟湍?見圖3),同時主軸處有明顯劃痕(見圖4),進(jìn)一步印證了機(jī)組出現(xiàn)了動靜摩擦引起機(jī)組振動。

圖3 氮?dú)饷芊馓幱湍?/p>

圖4 氮?dú)饷芊馓巹澓?/p>

優(yōu)化調(diào)整氮?dú)饷芊?對汽輪機(jī)氮?dú)饷芊夤芫€增加閥門單獨(dú)控制進(jìn)汽端、排汽端進(jìn)氣量。

由于軸承座內(nèi)為微負(fù)壓導(dǎo)致外界雜質(zhì)向軸承 座內(nèi)吸入,雜質(zhì)、油污及蒸汽高溫炭烤進(jìn)而形成積碳現(xiàn)象,當(dāng)積碳累積到一定量與轉(zhuǎn)子接觸導(dǎo)致振動變大,積碳被轉(zhuǎn)子碰掉之后振動又回至正常值(見表2)。疏通汽輪機(jī)隔離氮?dú)夤芫€,徹底解決汽輪機(jī)振動高問題。

表2 2022年3月開車后汽輪機(jī)振動數(shù)據(jù)

7 結(jié)語

針對汽輪機(jī)頻繁振動波動現(xiàn)象及成因進(jìn)行分析,通過疏通汽輪機(jī)隔離氮?dú)夤芫€,徹底解決汽輪機(jī)振動高問題,保證汽輪機(jī)組的安全、穩(wěn)定、運(yùn)行。