蠟油催化煙機振動原因分析

古通生

(中國石化廣州分公司，廣東廣州510700)

某石化分公司的蠟油催化裝置煙機型號為YL-12000A，進/排氣溫度670/490℃，進/排氣壓力0.35/0.108 MPa (ABS)，輸出功率11 750 kW，工作轉速5 813 r/min，機組的結構簡圖測點布置圖如圖1所示。

圖1 機組的結構簡圖測點布置圖

2012年5月28日，經過大修的蠟油催化煙機開機，機組一啟動，振動即出現異常現象——煙機葉輪側(XE1001/2)和聯軸器側(XE1003/4)最大振動值竟然相差7倍多，其中葉輪側最大值為8 μm，而聯軸器側最大值為62 μm，該煙機報警值為80 μm。另外當煙機投用煙氣時狀態和以前不同，以前投煙氣后聯軸器側軸承的振動輕微下降，而這次反而上升，且隨著煙氣入口蝶閥開度逐漸打開，對應的煙機4個測點的振動都不斷上升。針對煙機上述異常振動情況，采用狀態監測和故障診斷技術，盡快查找其異常振動原因。

1 振動異常的測試分析過程

1.1 兩側軸承振動相差大原因分析

煙機組安裝了S8000 實時在線狀態監測故障診斷系統，分析煙機異常振動原因時就采用該系統。

煙機啟動后XE1001、XE1002測點的振動值/間隙電壓分別為8.0 μm/－5.9 V、6.4 μm/－6.5 V，XE1003、XE1004測點的振動值/間隙電壓分別為56.4 μm/－6.4 V、62.1 μm/－6.4 V，煙機兩側振動值相差7倍之多，而4個振動探頭的間隙電壓都在正常范圍之內。再看機組振動趨勢，圖2為開機后6天即5月28日至6月3日間煙機前后軸承4個振動測點的趨勢圖。從圖2來看，4個測點數據在變化趨勢是同步的。依據4個測點間隙電壓值及趨勢圖的變化趨勢，可說明煙機兩側軸承振動值相差大并不是儀表信號干擾造成的，而是煙機出現了機械故障。

煙機出現故障，對聯軸器側兩個測點的振動信號再進行頻譜分析，所得到的頻譜圖如圖3所示。從圖3來看，振動只出現了一個主要頻率成分即工頻。造成工頻振動的原因有許多，如轉子動不平衡、基礎共振、角度不對中、軸承間隙過大或緊力不足等。

圖2 5月28日至6月3日煙機4個振動測點趨勢圖

圖3 煙機03/04測點頻譜圖

當煙氣投入后振動上升，并且振動和煙氣入口碟閥開度成正比，開度大振動大。碟閥開度大則煙機輸出功率大即煙機的負荷大，這說明煙機振動和負荷有關聯，且與負荷成正比。依據這一振動特征，可排除轉子動不平衡和基礎共振的振動原因。監測煙機軸承外殼振動烈度發現，煙氣投用前即煙機沒做功時軸承振動烈度為1.9 mm/s，煙氣投用后即煙機做功時振動烈度為7.0 mm/s，且外殼振動烈度和入口碟閥開度成正比。外殼振動烈度頻譜圖如圖4所示，其振動的主頻仍是工頻。這就說明軸承箱外殼振動同軸振動一樣都是以工頻為主頻且隨負荷成正比變化作為特征的振動。這一特征不符合軸承間隙在或緊力不足振動特征。

圖4 煙機軸承座聯軸器側振動烈度頻譜圖

通過上述排除法的分析，煙機開機后軸承兩側振動值相差7倍的振動原因，就只剩下角度不對中這一原因。

1.2 投煙氣后振動逐漸上升原因分析

2012年5月31日，煙機開始投用煙氣，煙機前后兩個軸承的振動逐漸上升。因煙機一啟動聯軸器側振動就達62 μm，為了保證機組安全運行，煙機入口碟閥沒有全打開，使煙機處于低負荷下運行。煙機最大振動值測點XE1004的單通道多特征值趨勢圖如圖5所示。可看出:工頻值波動情況和總振值一致，工頻值占總振值的99.5%，說明煙機振動上升是由于工頻變化引起的;再看相位趨勢圖，可發現其相位同樣是逐漸變化的，從235°變化到181°。振動工頻值及相位值同步逐漸變化是轉子出現動不平衡的振動特征。

圖5 04測點總振值與工頻值趨勢圖

對于剛投用煙機來說，是轉子表面出現催化劑結垢，引起轉子動不平衡量上升，使振動不斷上升。

在找到煙機的異常振動原因后，確定煙機檢修主要工作內容，做好相應的各項準備工作，以便最短時間內消除煙機的異常振動。

2 煙機檢修情況及振動消除過程

2.1 煙機對中數據復查

2012年7月12日，煙機停機檢修。檢修前用新制作剛性更好對中工具復查對中數據。采用單表找正法，復查數據見表1，從表1可發現對中數據偏差大。分析如下:

表1 煙機風機之間對中數據表mm

A3＞0 B3＞0 A3+B3=1.89 ＞0，所以聯軸器對中狀態為上張口。

垂直方向的張口值:

A=(A3+B3)·d/(2s)=(0.82+1.07)×348/(2×597)=0.551

式中:d為聯軸器法蘭盤外徑，s為煙機及風機兩聯軸器法蘭盤間距離。

水平方向的張口值:

B=[(A4－A2)+(B4－B2)]·d/(2s)=[(0.15－0.69)+(0.38－0.66)]×348/(2×597)=－0.249

從上面數據來看煙機確實存在角度不對中情況，導致煙機一開機兩邊軸承振動相差7倍多。

后經分析，造成對中誤差大可能是讀表時看錯數據或對中工具的剛性不足，這說明在關鍵機組檢修時，對軸承間隙、對中數據等質量控制點多人確認必須落到實處。

2.2 煙機轉子結垢情況

拆除煙機入口導流錐后可發現動葉片表面附著較厚的催化劑層，才投用十幾天轉子結垢就如圖6、7所示，還是比較嚴重。是它引起了轉子動不平衡量不斷改變，使煙機投用煙氣后振動逐漸上升。

圖6 整個轉子結垢情況

圖7 局部轉子結垢情況

3 結論

此次檢修中，重新對機組對中，更換部分易損件，同時更換新型的、可減少轉子結垢的催化劑。檢修后機組運行正常，煙機兩側軸承最大振動值分別是20 和24 μm，煙機投用煙氣后振動未上升。

運用設備狀態監測技術，對出現異常振動的設備進行診斷，找到異常原因，做好相應準備工作，使設備故障得到及時處理。

【1】沈慶根.化工機器故障診斷技術[M].杭州:浙江大學出版社，1994.

【2】劉潤來.汽輪機設備檢修[M].北京:中國電力出版社，1996.