馬國(guó)豪

(中國(guó)石油化工股份有限公司濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250101)

離心壓縮機(jī)組作為石油化工行業(yè)中的核心設(shè)備之一，其運(yùn)行平穩(wěn)與否直接關(guān)系到整個(gè)裝置甚至多個(gè)裝置的正常運(yùn)行。而汽輪機(jī)作為離心壓縮機(jī)(簡(jiǎn)稱離心機(jī))主要驅(qū)動(dòng)機(jī)之一更是機(jī)組運(yùn)行正常與否的關(guān)鍵。

1 裝置及工藝流程

某公司延遲焦化裝置主要加工常減壓裝置減壓蒸餾后的減底渣油、摻煉10%左右的催化油漿或者丙烷脫油瀝青。該裝置的主分餾塔頂焦化富氣經(jīng)壓縮機(jī)第一段壓縮后流經(jīng)中間冷卻器進(jìn)行冷卻，分液后再進(jìn)入第二段壓縮，最后進(jìn)入氣液平衡罐。該壓縮機(jī)為2MCL457型，二段七級(jí)，由杭州汽輪機(jī)有限公司(簡(jiǎn)稱杭汽)生產(chǎn)的背壓式汽輪機(jī)(NG 25/20)驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)與汽輪機(jī)之間采用撓性疊片式聯(lián)軸器聯(lián)接。該機(jī)組采用一個(gè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，除了提供潤(rùn)滑外，還向汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)提供控制油。隨著裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行，該汽輪機(jī)的做功效率明顯下降。本文將就裝置長(zhǎng)周期生產(chǎn)中的大機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行簡(jiǎn)要分析與探討。

該公司延遲焦化裝置的原料來(lái)源有6個(gè)：常減壓裝置的減壓塔底部抽出的換后渣油、渣油罐區(qū)來(lái)的渣油、罐區(qū)來(lái)的催化油漿、兩套催化油漿直供進(jìn)焦化裝置、丙烷脫瀝青的脫油瀝青以及糠醛抽出余油經(jīng)由罐區(qū)進(jìn)入焦化裝置。上述6種原料在延遲焦化原料罐混合。原料性質(zhì)日益惡劣對(duì)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行造成了極大威脅，同時(shí)公用系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)也給裝置各個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)了很多的不利因素。現(xiàn)就該裝置富氣壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況做簡(jiǎn)要分析。

2 延遲焦化裝置富氣壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

延遲焦化裝置富氣壓縮機(jī)及汽輪機(jī)型號(hào)參數(shù)見表1和表2。

表1 壓縮機(jī)參數(shù)

3 運(yùn)行狀況

機(jī)組于2017年3月隨全廠進(jìn)行大修，于2017年4月3日開車運(yùn)行。在開車升速階段8 100～8 400 r/min時(shí)進(jìn)汽量沒有明顯變化，判斷為調(diào)速汽閥卡塞導(dǎo)致，在8 400 r/min之后恢復(fù)正常。

機(jī)組開車初期，汽輪機(jī)中壓蒸汽進(jìn)汽量26 t/h, 2017年4月3日裝置進(jìn)料后汽輪機(jī)總進(jìn)汽量趨勢(shì)如圖1所示。該汽輪機(jī)輪室壓力1.6 MPa。由圖1可見，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中汽輪機(jī)進(jìn)汽量逐步下降，由剛開機(jī)時(shí)的最大進(jìn)汽量32 t/h下降至20 t/h 左右，初步判斷為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及過(guò)流部件結(jié)鹽結(jié)垢所致。離心機(jī)運(yùn)行狀態(tài)基本平穩(wěn)，僅在2018年6～7月和2020年2～3月出現(xiàn)過(guò)離心機(jī)4個(gè)軸振動(dòng)波動(dòng)的情況，調(diào)整工藝操作后運(yùn)行逐步趨于平穩(wěn)，機(jī)組干氣密封泄漏量正常。

圖1 2017年至2020年汽輪機(jī)進(jìn)汽量

該機(jī)組運(yùn)行至2020年6月汽輪機(jī)進(jìn)汽量已經(jīng)沒有調(diào)節(jié)手段，只能依靠提高中壓蒸汽管網(wǎng)壓力維持機(jī)組運(yùn)行。由圖2可見，2020年6月初，汽輪機(jī)進(jìn)汽量有一次大幅度下滑，在此之前，系統(tǒng)中壓蒸汽管網(wǎng)曾有一次較大幅度波動(dòng)。

圖2 2020年汽輪機(jī)進(jìn)汽量

該機(jī)組計(jì)劃于2020年7月初進(jìn)行計(jì)劃性停工檢修，檢修主要內(nèi)容為：汽輪機(jī)檢查軸瓦、清洗轉(zhuǎn)子、更換油動(dòng)機(jī)、更換速關(guān)閥油缸密封、檢查調(diào)速汽閥；離心機(jī)檢查軸瓦、清洗轉(zhuǎn)子、更換兩端干氣密封。

4 機(jī)組拆檢過(guò)程及分析

2020年7月9日，經(jīng)上報(bào)允許后，決定對(duì)延遲焦化裝置富氣壓縮機(jī)(設(shè)備位號(hào)K-201，以后簡(jiǎn)稱K-201)進(jìn)行停機(jī)檢修。

4.1 汽輪機(jī)軸瓦拆檢情況

拆檢汽輪機(jī)軸瓦發(fā)現(xiàn)：前端軸承箱支撐瓦有接觸不均勻跡象，如圖3所示；推力瓦主推面巴士合金層起皮脫落、副推側(cè)瓦塊正常，如圖4所示。

圖3 前端軸承箱支撐瓦

圖4 主推力瓦塊上部巴士合金層起皮

經(jīng)檢查，前軸承箱拉桿螺栓與推力軸承座軸向間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，拆檢拉桿螺栓、螺母，檢查各定位面未發(fā)現(xiàn)異常(如圖5所示)，清理后調(diào)整螺栓、螺母位置，將該處間隙調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)(0.05～0.07 mm)。回裝支撐瓦、更換推力瓦總成后檢查接觸情況符合要求。

圖5 檢查調(diào)整前軸承座拉桿螺栓間隙

造成推力瓦塊巴士合金層起皮損壞的主要原因?yàn)橥C(jī)過(guò)程中轉(zhuǎn)子軸向力波動(dòng)過(guò)大。

4.2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、內(nèi)缸拆檢情況

拆檢汽輪機(jī)大蓋發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子及導(dǎo)葉均有輕微結(jié)鹽結(jié)垢現(xiàn)象，如圖6所示。蒸汽室首級(jí)葉輪結(jié)垢較輕，如圖7所示。同時(shí)發(fā)現(xiàn)蒸汽室第一級(jí)噴嘴入口有斷裂螺栓，經(jīng)判斷為調(diào)節(jié)汽閥閥碟螺栓，如圖8所示。拆檢內(nèi)缸檢查機(jī)體內(nèi)各處密封梳齒，結(jié)果顯示情況良好，未見明顯損壞及歪斜。對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、軸瓦聯(lián)軸器進(jìn)行著色檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖6 轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片輕微結(jié)垢

圖7 首級(jí)葉輪第二級(jí)至第七級(jí)轉(zhuǎn)子結(jié)垢情況

圖8 蒸汽室第一級(jí)噴嘴入口調(diào)節(jié)汽閥閥碟斷裂螺栓

4.3 速關(guān)閥、調(diào)速汽閥拆檢情況

速關(guān)閥在拆檢中，其大蓋螺栓因高溫?zé)Y(jié)拆卸困難，套把工具在拆卸中斷裂，如圖9所示。更換進(jìn)口套把將大蓋螺栓拆卸完畢后，再整體拆卸速關(guān)閥，同時(shí)檢查調(diào)節(jié)汽閥拉桿。拆卸后發(fā)現(xiàn)，兩根拉桿有彎曲變形，如圖10所示。取出橫梁總成后發(fā)現(xiàn)，第五號(hào)(中間位置處)閥碟和螺栓斷裂，見圖11。斷裂的螺栓在蒸汽沖擊下落入第一級(jí)噴嘴入口，堵塞進(jìn)氣通道，同時(shí)第五號(hào)旁路調(diào)節(jié)失效，致使機(jī)組進(jìn)汽量下降(次閥碟為開度72%以上調(diào)節(jié)動(dòng)作)。

圖9 速關(guān)閥大蓋螺栓拆卸困難

圖10 橫梁拉桿彎曲

圖11 調(diào)速汽閥橫梁總成第五號(hào)閥碟斷裂

拆檢后的第一、四號(hào)閥碟密封面均有不同程度的損傷，如圖12所示。判斷應(yīng)為五號(hào)閥碟連接螺栓斷裂后隨氣流卡入各個(gè)閥碟流道、伴隨調(diào)速汽閥開關(guān)與汽閥密封面硬碰硬接觸導(dǎo)致的。斷裂螺栓的阻擋還影響了第一、四號(hào)汽閥調(diào)節(jié)進(jìn)汽量。拆檢后的橫梁拉桿彎曲變形也進(jìn)一步驗(yàn)證了斷裂螺栓阻塞在閥碟與閥座之間的判斷。此為該機(jī)組運(yùn)行后期進(jìn)汽量無(wú)法調(diào)節(jié)的主要因素之一。

圖12 第一、四號(hào)閥碟磨損及第五號(hào)閥碟更換情況

另外，斷裂的螺栓隨氣流在機(jī)體內(nèi)流動(dòng)，初期尺寸較大，不會(huì)卡入閥腔之中，但是隨著螺栓與閥體密封面不斷摩擦磨損，最終進(jìn)入第一閥碟閥腔之中，如圖8所示。斷裂螺栓進(jìn)入后，導(dǎo)致該汽閥失去調(diào)節(jié)作用，并且第五號(hào)閥碟也卡塞在第四號(hào)閥碟之上，最終導(dǎo)致該機(jī)組汽輪機(jī)進(jìn)汽量下降至20 t/h，完全偏離機(jī)組設(shè)計(jì)工況。

實(shí)際測(cè)量閥碟總行程與標(biāo)準(zhǔn)要求相差較大，尤其是第一、二號(hào)，初步判斷為橫梁內(nèi)閥碟螺栓襯套長(zhǎng)期運(yùn)行磨損造成閥碟的升程增大所致，如圖13所示。汽輪機(jī)調(diào)速汽閥每只閥的開啟次序和升程由襯套的長(zhǎng)度S決定，h是閥的空行程。該閥的空行程h=2，如圖14所示。

圖13 實(shí)測(cè)閥碟總行程

圖14 調(diào)速汽閥橫梁總成第五號(hào)閥碟示意

檢查橫梁總成發(fā)現(xiàn)，橫梁與拉桿連接處兩端有不同深度凹槽，查詢圖紙后確認(rèn)是因長(zhǎng)期運(yùn)行磨損產(chǎn)生的。受檢修工期限制，橫梁總成暫無(wú)備件可供更換，因此，在檢修更換拉桿和橫梁總成時(shí)，需確保拉桿固定端進(jìn)入磨損凹槽，同時(shí)保證橫梁水平，測(cè)量調(diào)整拉桿與拉桿接頭連接尺寸后在拉桿上鉆孔安裝定位銷，回裝調(diào)速汽閥拉桿、閥填料密封，并按原定位尺寸回裝調(diào)速器閥大彈簧。

速關(guān)閥油缸在該周期運(yùn)行中沿閥桿處有滲漏油現(xiàn)象。因該處為高溫部位，滲漏潤(rùn)滑油有自燃風(fēng)險(xiǎn)，需及時(shí)處理。拆檢發(fā)現(xiàn)，閥桿處密封膠圈已硬化失彈，故更換新密封圈，以消除滲漏油現(xiàn)象。

4.4 拆檢蒸汽室下缸

蒸汽室下缸與外缸通過(guò)定位槽安裝。汽缸下方有偏心導(dǎo)柱用于調(diào)整蒸汽室的橫向中心?；匮b上汽缸上缸體并壓鉛絲測(cè)量氣封等間隙后，拆卸上汽缸時(shí)容易將下蒸汽室?guī)?，使其定位升高，造成轉(zhuǎn)子盤車?yán)щy，因此，檢修時(shí)需注意蒸汽室下缸是否被上汽缸體帶起，與之一并升高。檢修時(shí)需將定位槽清理干凈，避免蒸汽室安裝不到位，如圖15 所示。

圖15 蒸汽室拆卸時(shí)可垂直吊出

4.5 離心機(jī)拆檢情況

離心機(jī)支撐瓦為可傾瓦塊，拆檢支撐瓦未發(fā)現(xiàn)異常，見圖16；推力瓦塊主推側(cè)有輕微劃痕，清理打磨后進(jìn)行滲透檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)裂紋等，見圖17。故此次檢修未更換離心機(jī)軸瓦。

圖16 離心機(jī)支撐瓦情況良好

圖17 離心機(jī)推力瓦有輕微磨痕

離心機(jī)開蓋后置換較為干凈，轉(zhuǎn)子及機(jī)殼結(jié)垢不明顯。對(duì)輪端軸頭密封處轉(zhuǎn)子軸頸有磨損，軸頭氣封內(nèi)結(jié)焦嚴(yán)重，其他氣封位置結(jié)焦不明顯。用高壓水清洗上、下機(jī)殼和轉(zhuǎn)子后，檢查各級(jí)氣封，未發(fā)現(xiàn)明顯損壞，級(jí)間氣封等情況總體良好，軸端結(jié)焦氣封梳齒未見明顯損壞。此次檢修離心機(jī)組更換了干氣密封。更換前檢查、清洗輔助管線，拆檢軸端氣封返一級(jí)入口平衡管，未發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子軸頸的磨損由河北某公司進(jìn)行了激光修復(fù)，同時(shí)更換了對(duì)輪端軸端密封，調(diào)整軸封間隙至0.30 mm(標(biāo)準(zhǔn)要求0.25～0.45 mm)。

轉(zhuǎn)子磨損的原因?yàn)椋弘x心機(jī)在運(yùn)行中氣封槽內(nèi)介質(zhì)結(jié)焦聚集形成較硬焦塊，卡塞至氣封內(nèi)與轉(zhuǎn)子發(fā)生切削摩擦，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子被磨損，而切削產(chǎn)生的碎屑堆積至氣封，又加劇了轉(zhuǎn)子的磨損。

機(jī)組更換新干氣密封后進(jìn)行靜壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)輪端干氣密封有輕微泄漏，經(jīng)盤車后情況有所好轉(zhuǎn)。

4.6 開車情況

機(jī)組于2020年7月17日凌晨檢修完成并進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)后，于2020年7月17日6：00在汽輪機(jī)廠家人員協(xié)助下進(jìn)行油動(dòng)機(jī)與調(diào)節(jié)汽閥匹配情況的調(diào)試，見圖18和圖19。調(diào)整方法為：調(diào)整速關(guān)控制裝置單向節(jié)流閥，將二次油壓調(diào)到0.15 MPa，確定油動(dòng)機(jī)升程為0。調(diào)整完畢后開車時(shí)，出現(xiàn)因調(diào)速汽閥開度與蒸汽量不匹配導(dǎo)致的連鎖停機(jī)(工藝聯(lián)鎖：調(diào)速汽閥開度>30%，轉(zhuǎn)速低于500 r/min聯(lián)鎖停機(jī))現(xiàn)象。分析認(rèn)為，造成上述現(xiàn)象的原因是，調(diào)速汽閥橫梁及閥碟襯套磨損間隙超標(biāo)，使得調(diào)節(jié)汽閥的實(shí)際空行程大于設(shè)計(jì)值。經(jīng)計(jì)算并再次調(diào)整油動(dòng)機(jī)反饋杠桿調(diào)節(jié)螺釘、消除調(diào)速汽閥空行程后，機(jī)組開機(jī)正常。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，離心機(jī)干氣密封泄漏量正常。

圖18 調(diào)試油動(dòng)機(jī)與調(diào)節(jié)汽閥匹配

調(diào)整計(jì)算過(guò)程如下：油動(dòng)機(jī)安裝時(shí)調(diào)速汽閥橫梁及閥碟完全落入閥座后，測(cè)量油動(dòng)機(jī)油缸指示位置，并換算杠桿升降比例為330/120=2.75。實(shí)際操作中，第一號(hào)汽閥動(dòng)作時(shí)，橫梁需提升6.7 mm，為避免閥碟熱膨脹造成拉桿受壓彎曲，需留(2.0±0.5)mm空行程。因廠家調(diào)試人員預(yù)留空行程為1.8 mm,故開機(jī)第一號(hào)閥碟動(dòng)作時(shí)，橫梁仍需提升6.7-1.8=4.9 mm，根據(jù)杠桿升降比例，橫梁提升4.9 mm，油缸活塞桿需下降4.9×2.75=13.5 mm。將二次油壓調(diào)整至0.15 MPa試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，調(diào)整油動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)螺釘(見圖19中編號(hào)10)，使油缸活塞桿下降13 mm左右后，機(jī)組進(jìn)氣量與調(diào)速汽閥開度匹配，機(jī)組開機(jī)正常。

1—拉桿；2—調(diào)節(jié)螺栓；3—反饋板；4—活塞桿；5—油缸(缸蓋)；6—活塞；7—連接體；8—錯(cuò)油門(錯(cuò)油門殼體)；9—反饋杠桿；10—調(diào)節(jié)螺釘；11—調(diào)節(jié)螺母；12—彎角杠桿；13—桿端關(guān)節(jié)軸承

機(jī)組檢修后振動(dòng)情況如圖20所示。

圖20 機(jī)組開機(jī)正常后軸系參數(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

富氣壓縮機(jī)作為延遲焦化裝置的心臟設(shè)備，其運(yùn)行狀況的好壞決定著裝置運(yùn)行周期的長(zhǎng)短，因此對(duì)大機(jī)組的運(yùn)行狀況，不僅應(yīng)關(guān)注其運(yùn)行參數(shù)是否正常，還要對(duì)其驅(qū)動(dòng)機(jī)以及驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的狀態(tài)、質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

本文所述的汽輪機(jī)調(diào)速汽閥故障為第五號(hào)閥碟螺栓斷裂。該閥在調(diào)速汽閥開度72%以上時(shí)開始動(dòng)作。各種跡象表明，第五號(hào)閥碟應(yīng)該是在開車階段斷裂的，但是并沒有卡塞進(jìn)入蒸汽流道之中，伴隨著調(diào)速汽閥開關(guān)活動(dòng)導(dǎo)致的氣流變化，斷裂閥碟進(jìn)入流道中，影響了機(jī)組進(jìn)汽量，甚至影響到調(diào)速汽閥橫梁動(dòng)作。這一點(diǎn)可由拆檢過(guò)程中調(diào)速汽閥拉桿的嚴(yán)重變形證實(shí)。由上述分析可知，閥碟螺栓斷裂是導(dǎo)致汽輪機(jī)做功能力下降的直接原因，而機(jī)組連續(xù)運(yùn)行7年未對(duì)過(guò)流承壓部件進(jìn)行更換是間接原因。本次故障發(fā)生后，與杭汽技術(shù)人員進(jìn)行溝通，了解到由于該類部件長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受中壓蒸汽沖刷，極易產(chǎn)生金屬疲勞，進(jìn)而導(dǎo)致調(diào)速汽閥部件斷裂甚至損傷汽輪機(jī)葉輪等部件，造成嚴(yán)重的事故。雖然該類故障在國(guó)內(nèi)同領(lǐng)域之中尚未發(fā)生過(guò)，但是該公司技術(shù)人員建議，對(duì)于汽輪機(jī)調(diào)速汽閥過(guò)流承壓部件，每?jī)蓚€(gè)周期必須進(jìn)行更換或者進(jìn)行100%滲透檢測(cè)。

而油動(dòng)機(jī)作為控制、調(diào)節(jié)調(diào)速汽閥的重要裝置，也應(yīng)隨機(jī)組一起檢修。由于油動(dòng)機(jī)是通過(guò)杠杠原理調(diào)節(jié)汽閥開度，因此油動(dòng)機(jī)拉桿以及填料在檢修過(guò)程中也必須更換，以保證拉桿與填料間隙合適、并且既不影響拉桿上下活動(dòng)又能保證蒸汽不大量外漏。

另一方面，由于蒸汽質(zhì)量的波動(dòng)導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片出現(xiàn)結(jié)鹽現(xiàn)象，而結(jié)鹽是一種不可逆反應(yīng)，一旦發(fā)生只會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重并最終導(dǎo)致停車，這也會(huì)對(duì)汽輪機(jī)做功能力產(chǎn)生影響。

因此，此次檢修后，運(yùn)行部對(duì)蒸汽品質(zhì)加強(qiáng)了關(guān)注，將機(jī)體排凝的凝結(jié)水不定期送檢；對(duì)高壓氮?dú)庀到y(tǒng)以及干氣密封系統(tǒng)的過(guò)濾器工作情況也加強(qiáng)了關(guān)注，以保證干氣密封系統(tǒng)的正常工作。同時(shí)，不定期對(duì)大油箱底放空油質(zhì)進(jìn)行檢查，確保潤(rùn)滑油質(zhì)量符合要求。這一系列舉措都進(jìn)一步保證了大機(jī)組的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，而且也大大降低了因異常故障導(dǎo)致停機(jī)而產(chǎn)生的異常過(guò)高能耗。