四合一機組運行異常分析判斷與處理

李延民

（河南神馬尼龍化工有限責任公司化工一廠 河南平頂山）

一、概述

四合一機組是硝酸裝置的關鍵設備，機組由汽輪機、氧化氮壓縮機、變速機、軸流空氣壓縮機、尾氣透平膨脹機組成（圖1），該機組的運行穩定程度決定了硝酸的生產。汽輪機提供原動力帶動軸流空氣壓縮機，空氣與氨反應生成氮氧化物經過分離進入氧化氮壓縮機內加壓提高吸收壓力，經過吸收塔剩余尾氣加熱有尾氣透平膨脹做功和汽輪機共同驅動空氣軸流壓縮機和氧化氮壓縮機做功完成硝酸的生產。

圖1 機組總貌圖

硝酸裝置四合一機組汽輪機軸振動出現無規律波動，正常穩定運行時前后軸振動會突然莫名其妙有的升高、有的降低，持續幾分鐘后又恢復正常，如此循環往復，振動波動時間間隔沒有規律。有時開車幾天后開始波動，有時開車后即開始波動，有時一天幾次，有時一小時內又數次。此外振動波動時尤以進汽側軸振動變化最為明顯。2015年2月6日四合一機組因振動波動而聯鎖跳車。

二、振動分析

機組汽輪機很可能存在問題：（1）汽輪機軸振動出現無規律波動是從2015年1月26號開始出現。（2）工藝人員在透平軸振動穩定和突然出現無規律波動這段時間內沒有任何操作，所有工藝參數（包括入口蒸汽壓力、溫度等）沒有變化，油系統也正常運行著。（3）儀表人員檢查確認軸振動監測系統沒有問題。首先相信該機組透平設備部分確實存在著問題，振動測量發現波動時振動增加是真實的。由于除對該機組進行振動頻譜分析外再沒有其他手段，要準確判斷出故障位置很難。為此，對機組進行振動頻譜分析，根據診斷分析情況決定檢修方案。

三、對機組進行頻譜分析

1.機組狀態及存在問題

（1）汽輪機各通道振動存在明顯波動，其波動的主要能量集中在1×頻幅值的變化，在振動波動的同時1×頻相位存在明顯變化；汽輪機進汽側軸心軌跡在振動波動過程中存在明顯正反進動變化，說明汽輪機動靜之間存在明顯碰摩。汽輪機振動波動可能是與汽封松動后產生的動靜碰摩有關，也可能是其他動靜摩擦掉的碎物造成轉子碰摩會造成轉子振動瞬間增大，造成跳車。

圖2 汽輪機通頻振動趨勢

圖3 汽輪機1×頻振動趨勢

圖4 汽輪機通頻振動趨勢（局部放大）

（2）軸流壓縮機振動平穩，排氣側兩通道存在明顯2×頻能量，軸心軌跡出現月牙形，結合尾透排氣側軸心軌跡圖，說明軸流壓縮機和尾透存在聯軸器不對中。計劃停車對軸流壓縮機和尾透進行對中處理。

（3）尾透進氣側振動存在振動波動，以1×頻能量變化為主，該振動變化與負載的變化有關；進氣側存在明顯的2×頻能量，軸心軌跡呈現典型的8字形，說明機組存在明顯不對中現象。

圖5 汽輪機1×頻振動趨勢（局部放大)

圖6 波形頻譜圖

圖7 軸心軌跡圖（反進動）

2.四合一機組圖譜分析

（1）汽輪機。汽輪機各通道振動存在明顯波動，其波動的主要能量集中在1×頻幅值的變化，在振動波動的同時1×頻相位存在明顯變化；汽輪機進汽側軸心軌跡在振動波動過程中在明顯正反進動變化，說明汽輪機動靜之間存在明顯碰摩。汽輪機通頻振動趨勢見圖2，汽輪機1×頻振動趨勢見圖3。汽輪機通頻振動趨勢（局部放大）見圖4，汽輪機1×頻振動趨勢（局部放大)見圖5，波形頻譜圖見圖6，軸心軌跡圖（反進動）見圖7，軸心軌跡圖（正進動）見圖8。

圖8 軸心軌跡圖（正進動）

圖9 軸流壓縮機通頻趨勢圖

圖10 軸流壓縮機1×頻趨勢圖

圖11 軸流壓縮機2×頻趨勢圖

圖12 波形頻譜圖

圖13 軸心軌跡圖

（2）軸流壓縮機。軸流壓縮機振動平穩，排氣側兩通道存在明顯2×頻能量，軸心軌跡出現月牙形，結合尾透排氣側軸心軌跡圖，說明軸流壓縮機和尾透存在聯軸器不對中。軸流壓縮機通頻趨勢圖見圖9，軸流壓縮機1×頻趨勢圖見圖10，軸流壓縮機2×頻趨勢圖見圖11，波形頻譜圖見圖12，軸心軌跡圖見圖13。

（3）尾透。尾透進氣側振動存在振動波動，以1×頻能量變化為主，該振動變化與負載的變化有關；進氣側存在明顯的2×頻能量，軸心軌跡呈現典型的8字形，說明機組存在明顯不對中現象。尾透通頻趨勢圖見圖14，尾透1×頻趨勢圖見圖15，波形頻譜圖見圖16，軸心軌跡圖見圖17，尾透2×頻趨勢圖見圖18。

圖14 尾透通頻趨勢圖

圖15 尾透1×頻趨勢圖

圖16 波形頻譜圖

圖17 軸心軌跡圖

圖18 尾透2×頻趨勢圖

四、問題檢查與處理

圖19 油封處發現大量碳化油渣

（1）把汽輪機轉子吊開后檢查，高壓、低壓側汽封沒有松動和破損現象，但是在汽封前軸端后軸承封塵油封處發現有大量的碳化的油渣（圖19），比較硬與軸有明顯的摩擦痕跡。拆開空氣軸流壓縮機與尾氣透平壓縮機對中復查上下徑向超差0.06 mm，左右超差0.04 mm

（2）問題處理。把風塵油封放在油盆里浸泡把碳化的油渣處理掉恢復。對空氣軸流壓縮機與尾氣透平壓縮機對中從新調整恢復到正常值。

（3）機組檢修后透平實際運行結果。2015年4月檢修結束，機組開車后運行至今，汽輪機再沒有出現軸振動無規律波動升高問題，運行平穩。