蒸汽透平軸振動波動的原因分析及解決對策

夏詠梅（中國石油蘭州石化公司化肥廠，甘肅　蘭州　730060）

蒸汽透平軸振動波動的原因分析及解決對策

夏詠梅（中國石油蘭州石化公司化肥廠，甘肅蘭州730060）

本文對蘭州石化稀硝酸裝置“四合一”機組在運行過程中蒸汽透平的軸振動波動的原因進行了深入分析，并提出了相應的解決措施，有效解決了制約“四合一”機組正常運行的問題，實現了稀硝酸裝置的“安穩長滿優”生產。

蒸汽透平；軸振動；蒸汽品質；U型排凝管

1　前言

中國石油蘭州石化化肥廠稀硝酸裝置采用雙加壓法工藝，即在氧化壓力0.45MPa（A），吸收壓力1.1MPa（A）的條件下，生產濃度為58.0～62.0%的稀硝酸，其中“四合一”機組是整個裝置最核心的設備，該機組從德國進口，由蒸汽透平機、氧化氮壓縮機、空氣壓縮機、尾氣透平機同軸組成，為稀硝酸生產提供動力及能量回收。稀硝酸裝置于2005年建成開工至今，在運行過程中曾出現蒸汽透平軸振動大幅度的波動，而機組振動會影響稀硝酸裝置的平穩運行，因此，防止“四合一”機組軸振動波動是確保稀硝酸裝置平穩長周期運行的重要保障。

2　流程簡介

從氧化工序（或廠蒸汽管網）送來的4.0MPa蒸汽，經主汽閥XV20205、調節閥SV20210后進入蒸汽透平（J31011）做功，為空氣壓縮機（J31012）和氧化氮壓縮機（J31013）提供動力。做功后的乏汽去表冷器（C20201）冷凝，冷凝液由冷凝液泵（E10571/ E10574）送除氧器或廠脫鹽水管網。

由蒸汽管網來的1.0MPa蒸汽，分兩路進入機組系統。一路由調節閥PV20406調節作為蒸汽透平軸封蒸汽；一路作為抽汽噴射器的動力汽源。

3　生產過程中出現的異常現象

2008年3月21日以來，機組運行過程中，發現蒸汽透平的高壓側軸振動VⅠA20105 x/y、低壓側軸振動VⅠA20101x/y的監測點出現間歇性振動。隨著時間的推移振動頻次、振動幅度均有提高的趨勢，最大值曾達到50微米，（報警值：44.1μm，聯鎖值：58.8μm），嚴重威脅到機組的安全運行。

4　軸振動波動的原因分析

（1）“四合一”機組自運行以來蒸汽透平的排氣壓力一直控制在4KPa、5KPa，由于排氣壓力低，使氣輪機的做功效率好，但同時有可能造成蒸汽透平的末級葉輪帶液，時間長了有可能損壞末級葉輪，使振值增大。

（2）自產蒸汽的品質不好。蒸汽透平對動力蒸汽的要求是：無冷凝液，無塵粒、無銹蝕化合物。蒸汽如果帶液，水的速度較蒸汽的速度慢，容易造成水滴撞在葉片背部發生很大的推力，將轉子向后推動，從而把推力瓦鎢金熔化造成事故。機組入口過熱蒸汽帶水，過熱蒸汽管道上的三個疏水倒淋（第一個在管道分離器底部；第二個蒸汽分離器底部；第三個在大閘閥前U形彎底部），疏水倒淋管內冷凝液積存到一定程度后，隨著主蒸汽管道過熱蒸汽將積存的冷凝液帶入機組造成機組間歇振動，之后，又通過冷凝液的積存，帶入，振動……。

查閱化驗室分析數據，裝置自產蒸汽中的二氧化硅含量高，造成蒸汽透平的通流部分結有鹽垢，在透平的高壓區結垢比較嚴重，低壓區內由于處于濕蒸汽工作條件下很少結垢，其危害有：①降低蒸汽透平的效率，增加耗氣量。②由于結垢，氣流通過隔板及葉片壓降增加，工作葉片的反動度也隨之增加，導致軸向推力加大。③轉子不平衡會造成軸振動增加。

（3）油溫的影響。①油溫低時粘度大，形成的油膜較厚，承載能力強，但是流動性能差，可能造成軸承的干摩擦而出事故。②油溫太高，粘度小，承載能力低，帶不走摩擦所產生的熱量也會影響軸承的正常工作。

（4）軸封蒸汽U型排凝管堵塞排液不暢。蒸汽透平低壓側由于低溫運行，使蒸汽透平的最后幾級葉片中的蒸汽濕度大，機內輸水不良時，有可能造成葉片的腐蝕。高壓端供汽防止高壓氣體外流，低壓端汽封是防止空氣進入破壞真空。冷凝液通過U型管排放，若沒有冷凝液排出時，則管線有凍堵現象，輸水不良時造成了葉片的沖蝕，也會破壞轉子的平衡，使軸振動增加。若無凍堵時，軸封蒸汽供汽太大泄漏汽全部抽出放空，不能形成水封，空氣會通過低壓端進入影響真空。查看稀硝裝置的“四合一”機組蒸汽透平的U型排凝管的冷凝液排液不暢，特別在冬季時無冷凝液排出。

5　針對以上原因，采取了如下措施

（1）將蒸汽透平的排氣壓力由原來的4KPa、5KPa提高控制在14KPa左右，這樣既保證了蒸汽透平的做功效率又防止了末級葉輪帶液的情況。

（2）嚴格控制自產蒸汽品質，過熱蒸汽管道上的三個疏水導淋及時進行間斷排放，防止蒸汽帶液并控制蒸汽溫度在工藝范圍內。及時查看化驗室分析數據，自產蒸汽中的二氧化硅含量高時及時將機組冷凝液外送補充新鮮脫鹽水改善水質。

（3）認真檢查并疏通軸封蒸汽U型排凝管，確保軸封蒸汽冷凝液排放暢通。

（4）控制油溫在35～45℃。

6　結論

通過采取以上措施“四合一”機組再未發生過蒸汽透平軸振動大幅度波動的現象，確保了裝置的安穩運行。

夏詠梅（1969-），女，漢族，籍貫：浙江省，技師助理工程師，研究方向：蒸汽透平。