李旺

（中海油惠州石化運(yùn)行五部，廣東 惠州 516086）

1 概述

煙氣輪機(jī)作為催化裂化裝置的核心設(shè)備之一，擔(dān)任著煙氣能量回收，同時(shí)驅(qū)動(dòng)主風(fēng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的作用。作為三機(jī)組甚至四機(jī)組的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其能否穩(wěn)定運(yùn)行影響整個(gè)催化裂化裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)和能耗指標(biāo)，甚至影響全廠的物料平衡及平均能耗。

YL31000A型煙氣輪機(jī)是催化裂化（Ⅱ）裝置項(xiàng)目中能量回收機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，是由中國(guó)石化工程建設(shè)公司（SEI）和中國(guó)石油渤海裝備蘭州石油化工機(jī)械廠在多年積累YL型煙機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)生產(chǎn)的1臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理、可靠的煙氣輪機(jī)。

裝置中的主風(fēng)機(jī)組采用電機(jī)和煙氣輪機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的三機(jī)組配置形式，如圖1所示。其參數(shù)如表1。

圖1 主風(fēng)機(jī)組示意圖

某480萬(wàn)t/年催化裂化裝置2017年9月1次開車成功，其中能量回收機(jī)組采用煙機(jī)-軸流式壓縮機(jī)-齒輪箱-電機(jī)的機(jī)組配置形式，如圖1所示。煙機(jī)和電機(jī)型號(hào)及參數(shù)見表1和表2。自2017年9月開工后，裝置運(yùn)行平穩(wěn)。主風(fēng)機(jī)的運(yùn)行靠電機(jī)和煙機(jī)同時(shí)帶動(dòng)，電機(jī)始終處于授電狀態(tài)。

表1 煙機(jī)參數(shù)

表2 電機(jī)參數(shù)

煙機(jī)運(yùn)行過(guò)程之中存在軸振動(dòng)偏大的情況，主要體現(xiàn)在煙機(jī)后支撐軸瓦處。煙機(jī)的振動(dòng)在大幅工藝調(diào)整及生產(chǎn)波動(dòng)中，出現(xiàn)上漲且難以回落，振動(dòng)值在數(shù)次波動(dòng)中逐步上漲。2019年10月28日，進(jìn)料流量波動(dòng)導(dǎo)致再生器溫度及壓力波動(dòng)，煙機(jī)最高振動(dòng)從60μm升至66～-68μm，此后一直維持在63～65μm運(yùn)行。2020年5月份中旬的振動(dòng)趨勢(shì)如圖2所示，可見最高的振動(dòng)值已經(jīng)達(dá)到了71μm，此后VI13454的振動(dòng)值維持在了65μm左右，已經(jīng)在廠家規(guī)定的高報(bào)值上運(yùn)行。2020年9月初，振動(dòng)因生產(chǎn)波動(dòng)再次上漲，此后振動(dòng)峰值一度超過(guò)80μm,基本維持在78μm的振動(dòng)值上運(yùn)行，已經(jīng)超過(guò)廠家所規(guī)定的高高報(bào)警值，于9月15日對(duì)主備風(fēng)機(jī)進(jìn)行切換操作，主機(jī)停運(yùn)，煙機(jī)開始檢修。

圖2 2020年5月煙機(jī)后支撐軸瓦振動(dòng)值

圖3 2020年9月煙機(jī)后支撐軸瓦振動(dòng)值

2 振動(dòng)高原因分析及應(yīng)對(duì)措施

2.1 煙機(jī)垢物的影響

煙機(jī)解體后可見大量的催化劑垢物附著于靜葉、動(dòng)葉、導(dǎo)流錐和煙機(jī)殼體上，垢物連片附著且硬度較大。有研究表明煙氣在適宜的溫度和濕度下可生成低熔點(diǎn)共晶體，低熔點(diǎn)共晶體會(huì)讓催化劑變得比較黏稠，因此催化劑粉末(直徑小于15μm)由于靜電作用會(huì)具備一定的吸附能力，在煙機(jī)輪盤冷卻蒸汽和密封蒸汽的作用下，催化劑細(xì)粉易在動(dòng)葉、靜葉片及流道等部位更容易吸附沉積下來(lái)，從而破壞轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。在停機(jī)與拆卸過(guò)程中，大片的結(jié)垢物從工件表面脫落，表現(xiàn)為停機(jī)冷縮后的剝離。因此可以推斷，在再生器負(fù)荷變化的過(guò)程中，受到高速煙氣的沖刷作用、煙氣溫度的變化以及輪盤冷卻蒸汽調(diào)整的影響，流道中的垢物從附著面上剝離，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部分造成了沖擊，同時(shí)，動(dòng)葉部分的垢物脫離造成了動(dòng)平衡的破壞，振動(dòng)也會(huì)上升。

針對(duì)此種情況，應(yīng)該保障再生器壓力、再生溫度的穩(wěn)定，提高和降低處理量要緩慢、平穩(wěn)，不能出現(xiàn)大幅波動(dòng)，同時(shí)，避免出現(xiàn)再生器尾燃的工況。及時(shí)關(guān)注三旋四旋的操作，控制好各個(gè)旋分器的線速，保證煙機(jī)入口的煙氣指標(biāo)合格不超標(biāo)。保證冷卻蒸汽的品質(zhì)，嚴(yán)禁出現(xiàn)熱度不足和蒸汽帶水的情況發(fā)生。在控制輪盤溫度的時(shí)候，對(duì)輪盤冷卻蒸汽的調(diào)整應(yīng)該平穩(wěn)，切忌出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，避免因煙氣沖刷出現(xiàn)大面積結(jié)垢層脫落，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡被破壞，振動(dòng)劇烈上升的情況。此次檢修也將轉(zhuǎn)子直接進(jìn)行整體更換，確保轉(zhuǎn)子動(dòng)葉葉片的完整性以及動(dòng)平衡的精度。

2.2 軸瓦間隙及瓦背緊力的影響

拆卸后通過(guò)測(cè)量法對(duì)支撐軸瓦的間隙進(jìn)行了計(jì)算，所得前后軸瓦間隙值分別為0.47mm及0.35mm，數(shù)值較大。同時(shí)，利用壓鉛絲的方法對(duì)前后軸瓦的瓦背進(jìn)行了緊力測(cè)量，其中前軸瓦緊力為0.015mm，而后軸瓦的瓦背緊力值為正值，也即是瓦背沒(méi)有緊力而是存在間隙，最大的間隙值為0.18mm。

由于后軸瓦的瓦背存在間隙，軸瓦的振動(dòng)空間大，進(jìn)而引起了振動(dòng)值偏高。2個(gè)緊力數(shù)據(jù)也正好符合運(yùn)行過(guò)程之中前軸瓦振動(dòng)值較后軸瓦振動(dòng)值低的情況。一般瓦背緊力數(shù)據(jù)為0.05mm，緊力較大雖然可以一定程度緩解振動(dòng)，卻會(huì)降低油膜厚度，影響軸承散熱，造成軸瓦溫度過(guò)高。因此，回裝時(shí)對(duì)前后瓦背墊了不同的銅皮，增加瓦背緊力，同時(shí)，不過(guò)度壓緊。調(diào)整后的前后緊力約為0.04mm。后續(xù)投用應(yīng)該密切關(guān)注軸瓦溫度，避免超溫及磨損。

2.3 煙機(jī)入口煙氣壓力的影響

在長(zhǎng)期運(yùn)行的觀察中，發(fā)現(xiàn)了煙機(jī)入口煙氣壓力對(duì)振動(dòng)的影響明顯。通過(guò)圖4對(duì)照，煙機(jī)入口煙氣壓力對(duì)煙機(jī)軸振動(dòng)基本呈正相關(guān)關(guān)系。在入口煙氣壓力下降后，振動(dòng)隨后出現(xiàn)升高，當(dāng)入口壓力上升后，振動(dòng)開始出現(xiàn)緩慢的下降趨勢(shì)。

圖4 煙機(jī)入口煙氣壓力與振動(dòng)的關(guān)系

圖5 潤(rùn)滑油冷后溫度（左軸）與振動(dòng)關(guān)系

煙機(jī)入口煙氣壓力主要取決于再生器頂壓力。再生器壓力主要取決于主風(fēng)流量和主風(fēng)壓力，當(dāng)主風(fēng)流量和壓力基本維持不變，再生器壓力下降時(shí)，相當(dāng)于煙氣后路的壓力在下降，來(lái)自再生器的煙氣進(jìn)入煙氣管道的介質(zhì)流速會(huì)上升，對(duì)煙機(jī)的沖擊力作用明顯，引起了振動(dòng)的加劇。

另一個(gè)影響因素則為煙機(jī)入口壓力的下降，軸向力往煙機(jī)入口方向偏移，此時(shí)主副推力面的受力情況變化，由于推力軸瓦與后支撐軸瓦位于同一軸承箱體，整個(gè)部位的軸系振動(dòng)及油膜的狀況受到了影響，引起了振動(dòng)偏大。

因此，在操作中應(yīng)該密切關(guān)注再生器壓力，避免煙機(jī)入口壓力大幅波動(dòng)造成沖刷作用。同時(shí)，此次回裝過(guò)程在副推力瓦塊的基座加了0.3mm銅皮，適當(dāng)調(diào)整了推力瓦的間隙，可以避免軸向力變化后對(duì)后徑向軸承油膜的沖擊。

2.4 潤(rùn)滑油溫度對(duì)振動(dòng)的影響

潤(rùn)滑油主要作用是潤(rùn)滑和減震。當(dāng)潤(rùn)滑油溫度低時(shí)，黏度增加，油不能順暢流于軸承之間，散布不均影響軸承油膜建立，容易使機(jī)組振動(dòng)增大；當(dāng)潤(rùn)滑油溫度高時(shí)，黏度下降，油膜的剛度降低，進(jìn)而導(dǎo)致油膜渦動(dòng)，使振動(dòng)加大。

從趨勢(shì)看潤(rùn)滑油冷后溫度變化對(duì)振動(dòng)沒(méi)有明顯影響。煙機(jī)潤(rùn)滑油冷后溫度正常控制在39～42℃，煙機(jī)潤(rùn)滑油冷后溫度的控制對(duì)煙機(jī)的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行是至關(guān)重要的，對(duì)潤(rùn)滑油膜的形成起決定性作用，直接影響軸瓦的使用壽命。為了減少潤(rùn)滑油冷后溫度對(duì)煙機(jī)振動(dòng)的影響，我們可以通過(guò)潤(rùn)滑油冷卻器的循環(huán)水調(diào)節(jié)及時(shí)改變潤(rùn)滑油冷后溫度，使?jié)櫥屠浜鬁囟纫恢北３衷诤侠韰^(qū)間，保證油膜良好的建立，煙機(jī)振動(dòng)升高后,對(duì)潤(rùn)滑油冷后溫度進(jìn)行了及時(shí)調(diào)整，保障機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。

2.5 電機(jī)做功對(duì)煙機(jī)振動(dòng)的影響

通過(guò)長(zhǎng)期觀察，當(dāng)煙機(jī)做功接近主風(fēng)機(jī)耗功時(shí)，煙機(jī)振動(dòng)會(huì)有所增加。因此，電機(jī)要保持在授電狀態(tài)不可以讓主電機(jī)發(fā)電，通過(guò)調(diào)節(jié)煙機(jī)入口蝶閥和雙動(dòng)滑閥的開度來(lái)調(diào)整煙機(jī)與電機(jī)做功比例，使電機(jī)始終處于授電狀態(tài)。通過(guò)長(zhǎng)期調(diào)整可以得出結(jié)論：主風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流在280～370 A區(qū)間時(shí)，煙機(jī)振動(dòng)較小。因此，適當(dāng)調(diào)整煙機(jī)與電機(jī)的做功比例可以一定程度上降低煙機(jī)振動(dòng)值。另外處理量的多少對(duì)煙機(jī)振動(dòng)影響較為明顯，處理量較大時(shí)，煙機(jī)入口壓力偏大，煙機(jī)振動(dòng)偏??；處理量較小時(shí)，煙機(jī)入口壓力偏小，煙機(jī)振動(dòng)偏大。當(dāng)裝置處理量較小時(shí)，電機(jī)做功較少；當(dāng)裝置處理量較大時(shí)，適當(dāng)提高電機(jī)做功比例，有助于煙機(jī)在較低振動(dòng)值下運(yùn)行。

2.6 及時(shí)進(jìn)行卸廢劑和置換平衡

定期及時(shí)的將廢催化劑卸出，保證旋分器分離效率，使進(jìn)入煙機(jī)的煙氣合格催化劑濃度保持在較低水平，實(shí)時(shí)在線監(jiān)控粉塵濃度。加快平衡催化劑置換，保障煙機(jī)運(yùn)行工況始終處于良好狀態(tài)。

3 煙機(jī)開機(jī)后振動(dòng)情況及操作調(diào)整

煙氣輪機(jī)檢修完成后，煙機(jī)開始利用蒸汽進(jìn)行預(yù)熱升溫，溫度達(dá)到220℃后，利用煙氣繼續(xù)升溫并沖轉(zhuǎn)。預(yù)熱過(guò)程升溫速度嚴(yán)格控制≤50℃/h標(biāo)準(zhǔn)，避免各部位受熱不均。煙機(jī)沖轉(zhuǎn)至2200轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)變頻器啟動(dòng)合閘，轉(zhuǎn)速逐漸提升至額定轉(zhuǎn)速，觀察運(yùn)行約3h,無(wú)異常后進(jìn)行主備機(jī)切換。主備機(jī)組切換正常運(yùn)行后，煙機(jī)振動(dòng)值VI13453為60μm左右,VI13454為48μm左右，前支撐瓦溫為70℃,后支撐瓦溫為65℃，各項(xiàng)指標(biāo)均維持在報(bào)警值以下運(yùn)行。

圖6 煙機(jī)啟機(jī)、切換后振動(dòng)值

圖7 提量后煙機(jī)振動(dòng)情況

從2020年10月11日上午9:00開始逐步提高裝置處理量，煙機(jī)入口壓力逐漸升高，煙機(jī)振動(dòng)值VI13453逐漸降至46μm左右、VI13454維持在35μm左右，運(yùn)行情況良好。

4 結(jié)語(yǔ)

催化煙機(jī)是整套裝置的核心設(shè)備，能否平穩(wěn)運(yùn)行直接關(guān)系到全廠的蒸汽平衡和經(jīng)濟(jì)效益。本文通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)具體分析了造成催化煙機(jī)振動(dòng)偏高的原因并有針對(duì)性的采取一些措施，有效降低了煙機(jī)振動(dòng)。通過(guò)生產(chǎn)優(yōu)化操作，避免或者減少煙機(jī)結(jié)垢；加強(qiáng)檢維修管理、保證檢維修質(zhì)量；控制好工藝參數(shù)及潤(rùn)滑油冷后溫度，同時(shí)及時(shí)調(diào)整電機(jī)發(fā)電比例；保證煙機(jī)輪盤冷卻品質(zhì)及合適的輪盤溫度；定期將廢催化劑卸出，保證旋分器分離效率，及時(shí)置換平衡劑，防止進(jìn)入煙機(jī)煙氣催化劑濃度超標(biāo)，保障煙機(jī)運(yùn)行工況始終處于良好狀態(tài)，為催化裝置安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行提供了保障，也為同類裝置煙機(jī)振動(dòng)高等問(wèn)題的解決提供了參考。