重催裝置富氣壓縮機組汽輪機異常突振故障診斷

雒進明，李錦龍，尹金明，余永增

（中國石油蘭州石化公司設備維修公司，甘肅 蘭州 730060）

某煉油廠300萬t/年重油催化裝置富氣壓縮機組汽輪機自2009年10月起不定期發生異常振動突跳，嚴重時造成數次連鎖停車故障。為保障生產，一般故障停車后僅對其進行濕蒸汽吹掃，進而開車運行，但一段時間后故障會再次發生，給裝置運行和生產帶來很大困難。結合汽輪機運行參數、振動監測參數值及頻譜，對汽輪機進行拆檢，找出故障原因并加以排除十分必要。

一、汽輪機突振故障檢測及診斷

1.汽輪機故障描述

2010年1～8月，富氣壓縮機組累計因汽輪機振動值超過聯鎖停車值（87.5μm）停車七次。從在線監測振動數據分析，每次停車前四個軸振動監測值先出現小幅波動（峰值19μm），繼而有小幅突振（最大振幅27μm），隨后振幅迅速增大，持續5min左右后位號為VT3698X監測值（汽輪機前端，非聯軸器側）先達到停車值，3s后停車。從汽輪機軸振動開始波動到機組停車共10min左右，而之前四個軸振動趨勢一直比較平穩。故障發生前，潤滑油與控制油溫度及壓力、蒸汽入出口壓力及溫度、汽輪機轉速、軸瓦溫度及振動等都在允許范圍之內，工藝操作平穩。

2.汽輪機突振檢測及診斷

僅靠在線振動監測數據不能確切反映故障原因，需對汽輪機進行離線檢測，以期捕捉到故障時的振動信息。汽輪機突振時，前端振動值率先達到停車值，故前端是振動監測的重點。經2011年1月18日在線監測，振動值突然增大時，1×、2×、3×、4×增幅明顯，尤其以1×增幅最大（6～10倍）。此外，從在線監測系統S8000上觀察汽輪機前端在當日14：27和14：42處的軸心軌跡圖，未發現軌跡異常，只是振動幅值增大。振動值突變前后，汽輪機頻譜差異只表現在振動幅值的加大。這是典型的碰摩嚴重時的頻譜，此時振動幅值和相位不再波動。由此初步判斷，汽輪機異常突振時轉子與靜葉間出現嚴重碰撞和摩擦。

引發汽輪機碰摩的原因有汽輪機軸瓦磨損、轉子彎曲、蒸汽品質不好等。從故障過程看軸瓦瓦溫及振動在故障初期正常，如轉子彎曲不平衡，汽輪機正常運轉時振動一定很大，從而確定前兩者不是汽輪機突振的主要原因。推斷蒸汽品質不佳，使汽輪機運轉一段時間后積鹽，需對汽輪機停機開蓋檢查，找出故障源。

二、汽輪機解體檢查

對汽輪機進行解體檢查后發現：殼體與轉子同心度、轉子下沉度、氣壓機組對中精度、汽封間隙等均在標準范圍內。

1.軸瓦檢查

前后徑向軸承瓦塊有不同程度磨損，潤滑油有可能變質，使所有接觸油的部位表面發黑。聯軸器側軸頸處有腐蝕痕跡。

在瓦背、軸瓦兩側主軸上分別放置一百分表，用抬軸法測量軸瓦間隙，測得前后（聯軸側） 軸瓦間隙分別為0.28mm和0.295mm。

為得到軸瓦間隙的準確數據，對前后軸瓦瓦塊厚度、軸頸直徑、瓦座外徑及厚度等進行準確測量，分別取五塊瓦塊厚度的平均值進行計算，得前后軸瓦間隙為0.29mm和0.28mm。因汽輪機后端軸瓦間隙在上限，非連軸器側瓦間隙超標，對兩側徑向軸承瓦塊進行更換，測得連軸器側與非連軸器側軸瓦間隙分別為0.26mm（標準為0.188～0.307mm） 和0.19mm（標準為0.150～0.249mm）。

測得推力軸承間隙為0.48mm，止推軸承有磨損，間隙超標（推力間隙標準值為0.30～0.455mm）。更換主推瓦塊后，測得推力軸承間隙為0.28mm，小于要求間隙的最小值，對副推瓦塊研磨后測得推力軸承間隙為0.34mm。

2.汽輪機高壓段積鹽

拆檢發現汽輪機動、靜葉及汽封表面有一層鐵銹紅色的垢，硬度不高。在高壓段動、靜葉片及整個蒸汽通流部分附著有白色顆粒狀物質，尤其是靜葉片上結垢較多，上下靜葉結垢程度基本一致，該垢溶于水，經判斷，認定該物質的主要成分為鈉鹽，并含少量硅酸鹽。過熱蒸汽中如果含有鹽，其溶解度隨壓力降低而減小，以固態析出，在高壓段蒸汽通流部分沉積。

3.汽輪機轉子動平衡試驗

對汽輪機轉子進行動平衡試驗，清理清洗前后分別對轉子進行了低速動平衡測試，清理清洗前，剩余不平衡量為4 421.8g·mm，對轉子結垢進行清理清洗后，剩余不平衡量為2 344.8g·mm。此時，按不平衡量公式U=30G×M/（n×π）（式中G為動平衡等級，M為轉子質量，n為工作轉速）反算得動平衡等級G為3.0276。按通用規定不超過2.5級，由于該汽輪機轉子為撓性轉子，此轉子剩余不平衡量超出不多，故不對汽輪機轉子進行調整。動平衡結果良好。

三、汽輪機異常突振故障分析及改進

1.故障診斷

綜合汽輪機外觀及解體檢查數據分析，瓦間隙接近上限，使主軸下沉度偏大，軸頸沒有磨損。但這不足以使汽輪機產生異常振動突跳而聯鎖停機。

結合檢測頻譜及拆檢情況，汽輪機高壓段動、靜葉片及圍帶頂部有大量積鹽，對轉子造成托舉作用（相當于氣相軸承支撐作用），轉子振動逐漸減小；當積鹽逐漸增多到動、靜葉部分結鹽碰摩時，由于鹽分強度較軟，碰摩后大量脫落，致使轉子動平衡受到嚴重破壞，轉子振動突增。因鹽分較軟，對汽封、動葉片、靜葉片未造成磨損破壞。

鹽分脫落瞬間轉子動平衡破壞后轉子異常振動，加之汽輪機后端瓦間隙接近上限，前端瓦間隙嚴重超標，使汽輪機振幅瞬間劇增，造成汽輪機聯鎖停車。當用濕飽和蒸汽進行吹掃后，鹽被吹掉，汽輪機能平穩運行一段時間，之后積鹽，周而復始。

2.改進及建議

鍋爐排污系統不完善或排污不及時，爐水含鹽增加，因汽包汽空間高度不適合，使水汽分離效果不好，蒸汽帶水嚴重，導致余熱鍋爐蒸汽品質惡化。當蒸汽在汽輪機中作功壓力與溫度降低后，蒸汽中原先溶解的鹽分析出并附著在葉片表面，形成積鹽。此后，葉片表面附著鹽分的速度將大大增加，葉片線形改變，葉片間的汽流通道變窄，汽流通過葉片時造成擁塞，干擾汽流在該級葉片中的流速和方向；當積鹽增大到蒸汽通流部件阻塞，甚至鹽粒與汽封卡阻，會造成汽輪機轉子異常振動而連鎖停車。可見嚴格控制進入鍋爐水中的雜質量，執行水質控制指標，優化水汽分離對汽輪機的優質運行十分重要。

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