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(guān)鍵設(shè)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(wěn)定程度決定了硝酸的生產(chǎn)。汽輪機提供原動力帶動軸流空氣壓縮機，空氣與氨反應(yīng)生成氮氧化物經(jīng)過分離進入氧化氮壓縮機內(nèi)加壓提高吸收壓力，經(jīng)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(qū)動空氣軸流壓縮機和氧化氮壓縮機做功完成硝酸的生產(chǎn)。

圖1 機組總貌圖

硝酸裝置四合一機組汽輪機軸振動出現(xiàn)無規(guī)律波動，正常穩(wěn)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(xù)幾分鐘后又恢復正常，如此循環(huán)往復，振動波動時間間隔沒有規(guī)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(nèi)又數(shù)次。此外振動波動時尤以進汽側(cè)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(lián)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(xiàn)無規(guī)律波動是從2015年1月26號開始出現(xiàn)。（2）工藝人員在透平軸振動穩(wěn)定和突然出現(xiàn)無規(guī)律波動這段時間內(nèi)沒有任何操作，所有工藝參數(shù)（包括入口蒸汽壓力、溫度等）沒有變化，油系統(tǒng)也正常運行著。（3）儀表人員檢查確認軸振動監(jiān)測系統(tǒng)沒有問題。首先相信該機組透平設(shè)備部分確實存在著問題，振動測量發(fā)現(xiàn)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(jù)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(tài)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(cè)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(chǎn)生的動靜碰摩有關(guān)，也可能是其他動靜摩擦掉的碎物造成轉(zhuǎn)子碰摩會造成轉(zhuǎn)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(wěn)，排氣側(cè)兩通道存在明顯2×頻能量，軸心軌跡出現(xiàn)月牙形，結(jié)合尾透排氣側(cè)軸心軌跡圖，說明軸流壓縮機和尾透存在聯(lián)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(cè)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(guān)；進氣側(cè)存在明顯的2×頻能量，軸心軌跡呈現(xiàn)典型的8字形，說明機組存在明顯不對中現(xiàn)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(cè)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(wěn)，排氣側(cè)兩通道存在明顯2×頻能量，軸心軌跡出現(xiàn)月牙形，結(jié)合尾透排氣側(cè)軸心軌跡圖，說明軸流壓縮機和尾透存在聯(lián)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(cè)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(guān)；進氣側(cè)存在明顯的2×頻能量，軸心軌跡呈現(xiàn)典型的8字形，說明機組存在明顯不對中現(xiàn)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(fā)現(xiàn)大量碳化油渣

（1）把汽輪機轉(zhuǎn)子吊開后檢查，高壓、低壓側(cè)汽封沒有松動和破損現(xiàn)象，但是在汽封前軸端后軸承封塵油封處發(fā)現(xiàn)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(diào)整恢復到正常值。

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