屈世棟

（中國(guó)石油化工股份天津分公司裝備研究院，天津 300271）

0 引言

某石化公司煉油部煙氣能量回收機(jī)組是催化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，由煙氣透平、軸流壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、變速箱和同步電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組成（表1）。

表1 能量回收機(jī)組技術(shù)規(guī)格參數(shù)

該機(jī)組大修后2016 年9 月至2018 年7 月15 日運(yùn)行狀態(tài)一直平穩(wěn)，7 月15 日之后汽輪機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)振動(dòng)持續(xù)緩慢增大，嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為查明故障原因，對(duì)機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)分析及故障診斷。煙機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)分布見圖1，其中汽輪機(jī)共有4 個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，分別為排氣側(cè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)Y17-1、Y17-2，進(jìn)氣測(cè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)Y18-1、Y18-2，振動(dòng)高報(bào)警值55 μm、高高報(bào)警值80 μm。

圖1 能量回收機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)

1 汽輪機(jī)振動(dòng)值波動(dòng)情況

能量回收機(jī)組于2016 年8 月停機(jī)大修，該機(jī)組大修后正常開機(jī)運(yùn)行，從2016 年9 月30 日至2018 年7 月15 日該機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)一直平穩(wěn)正常。2018 年7 月15 日之后汽輪機(jī)兩端4 個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)持續(xù)緩慢增大，至9 月21 日達(dá)到最大。汽輪機(jī)4 個(gè)測(cè)點(diǎn)（Y17-1、Y17-2、Y18-1、Y18-2）的通頻振動(dòng)峰峰值分別由10 μm，16 μm，14 μm，10 μm 增加到31 μm，53 μm，28 μm，14 μm，已經(jīng)接近汽輪機(jī)的振動(dòng)報(bào)警值（圖2）。在此期間能量回收機(jī)組其他測(cè)點(diǎn)的通頻振動(dòng)幅值均在正常范圍內(nèi)，振動(dòng)變化趨勢(shì)平穩(wěn)（圖3）。汽輪機(jī)兩端振動(dòng)的持續(xù)增大嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 7 月15 日至9 月21 日汽輪機(jī)兩端通頻振動(dòng)趨勢(shì)

圖3 7 月15 日至9 月21 日機(jī)組其他測(cè)點(diǎn)通頻振動(dòng)趨勢(shì)

2 振動(dòng)信號(hào)真實(shí)性確認(rèn)

對(duì)機(jī)組其他運(yùn)行工藝參數(shù)進(jìn)行檢查無明顯異常，經(jīng)儀表校驗(yàn)及查看機(jī)組汽輪機(jī)兩端4 個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)探頭GAP 電壓趨勢(shì)圖，測(cè)點(diǎn)的GAP 電壓均在正常范圍內(nèi)，也確認(rèn)探頭無問題、數(shù)值真實(shí)準(zhǔn)確（圖4）。初步分析認(rèn)為，能量回收機(jī)組在風(fēng)機(jī)運(yùn)行的負(fù)荷狀態(tài)也對(duì)整個(gè)軸系有所影響，汽輪機(jī)Y17-1、Y17-2 測(cè)點(diǎn)和風(fēng)機(jī)相連接，受影響較大。期間通過降低靜葉開度并將汽輪機(jī)耗汽降低2 t/h 至28t/h，振動(dòng)由32.2 μm 降至26.1 μm，但下降效果一般，因此要求車間各班組加強(qiáng)觀察汽機(jī)振動(dòng)情況、做好班組記錄交接。

圖4 機(jī)組振動(dòng)探頭的GAP 電壓變化趨勢(shì)

3 振動(dòng)信號(hào)特征分析

為了確定機(jī)組振動(dòng)增大的原因，對(duì)S8000 機(jī)組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的振動(dòng)信號(hào)及特征譜圖進(jìn)行精密分析。從機(jī)組所有測(cè)點(diǎn)的通頻振動(dòng)趨勢(shì)圖可以看出，該機(jī)組只是汽輪機(jī)兩端的4個(gè)測(cè)點(diǎn)增大明顯而其他測(cè)點(diǎn)振值變化趨勢(shì)平穩(wěn)。由此重點(diǎn)分析汽輪機(jī)兩端4 個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)。

查看機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)兩端的振動(dòng)增大主要為工頻增大引起：振動(dòng)增大過程中4個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)工頻幅值及相位均發(fā)生明顯緩慢變化[1]（圖5）；而且汽輪機(jī)兩端4 個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖中（圖6）主導(dǎo)頻率成分為工頻，工頻幅值占通頻振值的90%以上；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的軸心軌跡圖（圖7）均為橢圓、正進(jìn)動(dòng)。這些是典型的轉(zhuǎn)子存在動(dòng)不平衡的振動(dòng)特征，說明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡狀態(tài)存在明顯的劣化趨勢(shì)，動(dòng)平衡狀態(tài)變差引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng)持續(xù)增大。

圖5 汽輪機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)工頻振動(dòng)變化趨勢(shì)

圖6 汽輪機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)工頻振動(dòng)頻譜圖

圖7 9 月21 日汽輪機(jī)軸承的軸心軌跡圖

該機(jī)組的汽輪機(jī)用汽為車間自產(chǎn)的蒸汽，由余熱鍋爐產(chǎn)生的3.5 MPa 蒸汽提供并和煙氣輪機(jī)一起驅(qū)動(dòng)軸流壓縮機(jī)工作外，剩余功率通過發(fā)電機(jī)發(fā)電。如果蒸汽品質(zhì)不佳，不僅會(huì)造成結(jié)垢、使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡狀態(tài)發(fā)生變化及振動(dòng)值增大，而且還會(huì)使通流面積明顯變小、蒸汽難以充分膨脹，從而引起監(jiān)視段壓力高和出力不足。所以，蒸汽的品質(zhì)直接影響著汽輪機(jī)的效率和長(zhǎng)周期運(yùn)行水平。

4 結(jié)論及處理措施

4.1 結(jié)論

綜合S8000 機(jī)組振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)分析及機(jī)組運(yùn)行工藝狀態(tài)分析，判斷為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢致使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡變差導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)值增大，該故障為轉(zhuǎn)子漸變動(dòng)不平衡短期內(nèi)不會(huì)迅速惡化。如果停機(jī)檢修正常生產(chǎn)一旦中斷將會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此決定不停機(jī)檢修加強(qiáng)巡檢穩(wěn)定工藝操作，利用在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)護(hù)其運(yùn)行同時(shí)采取如下的處理措施。

4.2 處理措施

（1）2018 年9 月21 日開始，組織對(duì)影響汽輪機(jī)蒸汽品質(zhì)的容13、容14 及余鍋進(jìn)行置換排污等工藝操作調(diào)整。

（2）降低汽輪機(jī)負(fù)荷，緩慢降低汽輪機(jī)蒸汽耗量（28 t/h 降至24 t/h）。

（3）制定振動(dòng)異常升高的應(yīng)急預(yù)案，必要時(shí)將電機(jī)由發(fā)電改為電動(dòng)，以大幅降低汽輪機(jī)耗汽。

經(jīng)采取以上的處理措施后，該機(jī)組自2018 年9 月21 日振動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)見緩。經(jīng)過近一個(gè)月的運(yùn)行調(diào)整至10 月11 日左右機(jī)組汽輪機(jī)兩端4 個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)逐步回落至正常水平，至今運(yùn)行正常平穩(wěn)（圖8）。

圖8 9 月21 日至10 月11 日汽輪機(jī)兩端測(cè)點(diǎn)振動(dòng)趨勢(shì)