210萬t/a催化裂化裝置軸流風(fēng)機(jī)動靜葉片損壞原因分析

［摘 要］文章主要分析了軸流風(fēng)機(jī)在經(jīng)歷過機(jī)組大修后，從開機(jī)正常到短時間內(nèi)轉(zhuǎn)子動靜葉片斷裂而手動停機(jī)事件的根本原因。研究發(fā)現(xiàn)，葉片斷裂紋理多為疲勞斷裂，根本原因為機(jī)組在低靜葉角度、高轉(zhuǎn)速、長時間處于失速區(qū)運(yùn)行，葉片由于快速顫振引發(fā)疲勞斷裂。

［關(guān)鍵詞］動靜葉片；疲勞斷裂；低靜葉角度；旋轉(zhuǎn)失速

［中圖分類號］TK14 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0095–03

1 事件描述

2021年12月，某石油化工公司210萬t/a 催化裂化裝置軸流風(fēng)機(jī)大檢修結(jié)束，于12月17日啟動軸流機(jī)運(yùn)行，12月19日軸流機(jī)振動異常并喘振，隨后啟動主風(fēng)自保并停軸流風(fēng)機(jī)。12月17日20 ：35開始煙機(jī)暖機(jī)；12 月18 日14 ：21 ：00 開蝶閥升速；15 ：30—18 ：50靜葉14° 4 800 r/min 運(yùn)行；18 ：51 主電機(jī)合閘；20 ：59開始手動關(guān)軸流機(jī)出口大小放空閥，主風(fēng)開始并入系統(tǒng)；21 ：36因大放空閥BV862在78% 時自動打開，閥門給信號不動作，儀表檢查發(fā)現(xiàn)定位器I/P 堵，處理后發(fā)現(xiàn)大放空仍自動打開。12月19日1 ：22停機(jī)處理，更換定位器。停機(jī)更換定位器期間發(fā)現(xiàn)，大放空閥BV862（16寸）“配置1/2”的過濾減壓閥和小放空閥BV861（10寸）“配置3/4”的過濾減壓閥，配置不合理，將2個過濾減壓閥調(diào)換。

2021年12月19日5 ：14，第二次啟動軸流機(jī)、煙機(jī)升速；6 ：05主電機(jī)合閘；6 ：21開始手動關(guān)放空閥，發(fā)現(xiàn)小放空閥BV861有振蕩；7 ：00—8 ：10更換了過濾減壓閥，測試正常；8 ：52 大小放空閥全關(guān)，主風(fēng)并入系統(tǒng)，外操、鉗工檢查煙機(jī)組現(xiàn)場運(yùn)行狀況未發(fā)現(xiàn)明顯異常；11 ：09將2號、3號主風(fēng)機(jī)停運(yùn)；12 ：49因軸流機(jī)振動X860異常，啟動3號主風(fēng)機(jī)備用；13 ：10 ：32發(fā)現(xiàn)喘振；13 ：10 ：34喉部壓差低逆流、主風(fēng)撤出系統(tǒng)；13 ：12 中控手動啟動主風(fēng)自保；13 ：17 ：08中控手動停煙機(jī)。

2 解體檢查情況

12 月20 日15 ：00 軸流風(fēng)機(jī)開大蓋檢查，打開發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子第12/13 級損壞，如圖1、圖2 所示，靜葉片12/13/14級損壞如圖3所示。

3 轉(zhuǎn)子動靜葉損壞原因

3.1 安裝質(zhì)量排查

轉(zhuǎn)子安裝間隙合格，第一次啟動機(jī)組運(yùn)行，工程師、鉗電儀、中控內(nèi)操確認(rèn)機(jī)組運(yùn)行正常，振動、軸位移等關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)測正常，可以排除安裝質(zhì)量問題引起機(jī)組動靜葉損壞。

3.2 葉片質(zhì)量問題排查

軸流機(jī)動靜葉歷史維修記錄見表1，此次損壞的轉(zhuǎn)子修復(fù)合格并提供了合格證。解體觀察12級動葉損壞情況： 共10片動葉完全斷裂，其中8片有非常明顯的貝殼紋，具有明顯的疲勞斷裂特征，另外2片也有較為模糊的貝殼紋路；13級動葉完全斷裂1片無貝殼紋。從葉片斷口分析可知，由于第12 級動葉率先疲勞斷裂，而后再飛出打到13級動葉，可排除葉片產(chǎn)品質(zhì)量問題。

3.3 運(yùn)行過程排查

3.3.1 旋轉(zhuǎn)失速問題排查

從葉片斷裂形貌分析可知為疲勞斷裂，懷疑為失速顫振引發(fā)疲勞斷裂。12 月18 日 15 ：33—18 ：50 葉片轉(zhuǎn)速為4 745～4 813 r/min，靜葉角保持14°，時長197 min。軸流機(jī)在靜葉小角度運(yùn)行時進(jìn)氣流量過小，正沖角過大giXfmXzlQgDaqdlkr2wfmw==，導(dǎo)致氣流在葉片的凸面分離，存在旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，可能引起葉片損壞。

3.3.2 喘振排查

（1）排查入口吸入量是否充足。檢查入口過濾器、管道、消音器、格柵無堵塞 。

（2）后路不暢檢查。19日恢復(fù)生產(chǎn)過程中，二再主風(fēng)量偏小，現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)，二再主風(fēng)蝶閥FV2103實際開度與OP 值有偏差，約15 ：20現(xiàn)場檢查FV2103發(fā)現(xiàn)氣源壓力為0.2 MPa，風(fēng)壓偏低，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)主氣源閘閥開度小，同氣源主管上還有FV2104、FV2105風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。懷疑這3臺閥氣源壓力不足，閥門開度不夠，造成軸流機(jī)后路不暢，但與歷史相同靜葉角度相比，當(dāng)天軸流機(jī)出口壓力、主風(fēng)總管壓力更低，軸流機(jī)入口喉部壓差更高，軸流機(jī)出口憋壓、后路不暢的可能性不大。

（3）防喘系統(tǒng)排查。12 ：31開始喉部壓差小幅波動導(dǎo)致小放空閥有4次動作，防喘振閥4次動作記錄見表2，安全裕度均大于14%，程序邏輯判斷實際沒有發(fā)生喘振。

13 ：10 ：52 喉部壓差階躍突降，從8.36 kPa 減到1.18 kPa，安全裕度從17%變?yōu)楱C9.3%，邏輯上發(fā)生喘振。

13 ：10 ：53 防喘振總輸出（rSEL_OUT） 為29.3%，小放空開度命令83%（回訊52%），因歷史趨勢記錄采樣周期為1 s，閥位命令和閥位回訊間會存在偏差。

13 ：10 ：54防喘振總輸出（rSEL_OUT）為44.3%，小放空開度命令100%（回訊100%）。

13 ：10 ：55 安全裕度從–4.2% 增加到9%，防喘振總輸出（rSEL_OUT）51.6%，小放空開度100%，大放空命令30.9%，回訊37%。

13：10：56安全裕度為15.2%，防喘振總輸出（rSEL_OUT）55.2%，小放空開度100%，大放空命令36%，回訊33%。

13：10：57安全裕度10.8%，防喘振總輸出（rSEL_OUT）62.8%，小放空開度100%，大放空命令46%，回訊47%。

13：11：01安全裕度19.8%，防喘振總輸出（rSEL_OUT）77%，小放空開度100%，大放空命令67%，回訊66%。

此后因安全裕度逐步變大，喉部壓差及出口壓力沒有劇烈變化，防喘振控制總輸出沒有再增加。整個防喘振功能動作過程，大小放空閥均根據(jù)指令正常動作。

防喘放空閥問題排查具體如下。

（1）大放空閥BV862 自動打開原因是定位器I/P有異物堵塞，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥全開。異物堵塞可能為氣源中含有雜質(zhì)或閥門定位器自帶。應(yīng)對措施：氣源線投用前進(jìn)行放空吹掃，同時對定位器內(nèi)部過濾器進(jìn)行清理，確保投用正常。

（2）大放空、小放空閥過濾減壓閥問題排查。與廠家核實，兩臺過濾減壓閥口徑大小不同（DN20 與DN15），定壓值不同，因此，對換后引發(fā)小放空震蕩。應(yīng)對措施：更換過濾減壓閥后除了按執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求設(shè)定風(fēng)壓外，還需對閥門進(jìn)行重新校驗。

（3）阻塞排查。根據(jù)廠家提供的阻塞參數(shù)，不存在該工況。廠家提供的機(jī)組各靜葉角度下的阻塞壓力見表3，經(jīng)核對不同角度下對應(yīng)的軸流風(fēng)機(jī)出口壓力均高于阻塞壓力。

4 結(jié)果

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)失速可能性極大。軸流風(fēng)機(jī)第一次運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)失速造成葉片損傷，第二次運(yùn)行期間損傷程度發(fā)生擴(kuò)展，出現(xiàn)3 次振動階躍，直至最后發(fā)生斷裂。大小放空閥（防喘閥）經(jīng)檢修、調(diào)效后可滿足工藝要求。

5 結(jié)語

綜上所述，軸流風(fēng)機(jī)動靜葉片短時間內(nèi)損壞的根本原因為：廠家未提供軸流機(jī)在低靜葉角度、高轉(zhuǎn)速、長時間處于失速區(qū)工況下的運(yùn)行風(fēng)險，而使用單位技術(shù)及操作人員均不知道此風(fēng)險，最終導(dǎo)致葉片損傷。

防范措施和建議：①要求廠家提供軸流機(jī)在靜葉角度14°失速區(qū)工況下的操作注意事項，更新軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行設(shè)備策略。②更新操作程序，針對煙機(jī)– 軸流機(jī)制訂開機(jī)條件確認(rèn)表，該確認(rèn)表應(yīng)包括機(jī)組開機(jī)前對調(diào)節(jié)閥BV861、BV862和HC802進(jìn)行測試，檢查定位器濾芯，確保閥門動作正常，測試防喘振系統(tǒng)，并在開機(jī)前完成確認(rèn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張博，楊健，弋楠. 軸流式壓縮機(jī)葉片斷裂原因分析[J].鑄造技術(shù)，2017，38（3）：601-604.

[2] 婁錫彬. 軸流式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片斷裂分析[J]. 河北化工，2008（11）：61-63.

[3] 戴義平，孟江麗，高林. 軸流式壓縮機(jī)葉片斷裂原因分析及改型設(shè)計[J]. 化工機(jī)械，2006（1）：14-19.

[4] 郭斌. 重油催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)安裝損壞事故原因分析[J]. 煉油與化工，2018，29（6）：51-52.