管道柔性設計對合成氣壓縮機汽輪機振動的影響

張元龍，李迎風

（青海東臺吉乃爾鋰資源股份有限公司；青海 格爾木 816000）

汽輪機作為空氣壓縮機的核心組成部分，異常振動不僅會給整個汽輪機組帶來安全隱患，同時極大程度上降低了空氣壓縮機正常運行時間[1]。

要想有效的解決這一問題，需對整個汽輪機組的主要零部件、工作原理以及易產出異常振動的位置進一步深入了解并熟悉，然后，逐一排查振動源[2]。

1 汽輪機有關情況

對于某廠汽輪機來說屬于高壓周期冷凝式蒸汽機，存在多級離心泵驅動的壓縮機，該機組用于化肥中氮裝置，能夠為氨合成塔提供必要氫氣、氮氣。汽輪機型號為5EH-7BD，功率為21 228KW，轉速為11 110r/min。進汽壓力為（A）10.8Mpa，進汽溫度為510℃，抽汽壓力為（A）4.36Mpa，抽汽溫度為398℃，排汽壓力為（A）0.0137Mpa，排汽溫度為52℃。汽輪機每小時的耗汽量為265t，每小時的抽汽量為228.3t。汽輪機軸振動報警38um，跳車57um。汽輪機徑向監測主要是利用汽輪機兩側軸的渦流式位移傳感器，能夠對汽輪機在運轉過程中的速度，轉向進行有效測量。

2 該汽輪機在試車中的振動情況

在完成機組安裝調試之后需要對氣壓縮機汽輪機進行檢測，在測試過程中應當嚴格按照有關規定，在升速曲線中使機組正常運行一小時，將轉速提高至每小時11，600轉之后處于恒速運行狀態。運行一會后，突然汽輪機發生異常振動，并且安裝在汽輪發電機兩側的4個探頭，其振動值在大幅提升，汽輪機的一端振動幅度達到58微米，另一端為46微米，此時振動異常現象消失，然而當汽輪機保持勻速運行一小時之后，又會產生異常劇烈振動，并且在汽輪機兩端其振動幅度分別達到了64微米和68微米，而計算機連鎖振動設計值為57微米，因此計算機為首次試車，可能會存在連鎖故障問題，因此沒有發生跳車事件，最終通過人工手動的方式完成停車。

3 汽輪機振動原因分析

針對該機組的運行狀況，相關技術人員和汽輪機設計廠家溝通后均認為出現異常振動主要是由于汽輪機的零部件與活動部件出現碰撞導致的，而導致這些部件碰撞主要是由于以下兩點：一是，可能汽輪機本身的保溫不好，膨脹不均勻。二是由于汽輪機在外力作用下，卸體被抬起。

3.1 做好汽輪機的保溫工作，查找異常癥狀原因

如果汽輪機在運行過程中保溫不均勻則會使其在正常運行中鋼鐵上下存在較大溫差，膨脹度和變形程度不統一，進而會使汽輪機部分零部件出現碰撞，根據汽輪機不同部件存在的間隙，我們認為在轉子軸和軸封書齒密封環之間，這種碰撞是最先發生的。對于某化肥廠來說，由于汽輪機在運行中出現異常振動，停機之后對其保溫情況進行優化，首先適當加強較弱的保溫區域，同時在原保溫前提下增加保溫毯，能夠重新較準。

該機組連鎖裝置完成上述工作之后，再次開展試車當汽輪機，暖機轉速可達到每分鐘1000轉時，使其恒速保持15分鐘，此時汽輪機又出現異常振動，并且汽輪機兩側振動幅度達到69微米和60微米，由于出現振動汽輪機表現為聯鎖跳車，基于這種情況下排除由于保溫不良而導致汽輪機異常振動的問題。

3.2 缸體被抬高導致出現異常振動

一般來說，汽輪機無論在正常啟動，還是運行當中都應保證汽缸的自由膨脹，應將貓爪至至于自由活動狀態中，并且確保氣缸中心穩定性，一旦超出額定范圍作用力和力矩，當其作用于氣缸上會使氣缸在移動過程中約氣缸螺旋墊圈間隙不統一，貓爪又被頂死，這種狀況下，極有可能使汽輪機動、靜部件相互碰撞，導致汽輪機異常振動。工作人員通過研究分析，再次進行汽輪機啟動，為避免鋼鐵上下由于受熱不均導致異常振動，在汽輪機啟動過程中盡量降低轉速，將其速度控制在每分鐘600轉，同時將短期時間由一小時延長為一個半小時，在汽輪機處于正常運行情況下對其機體鐵膨脹系數以及貓爪運行情況進行實時監督，當汽輪機轉速為每分鐘11600轉時，保持恒速37分鐘，此時汽輪機又產生劇烈振動，并且汽輪機兩端振動幅值為82微米，76微米，之后出現聯鎖跳車。通過上述分析我們找到了性能機異常振動的原因主要是由于氣缸由于蒸汽管道外矩作用力而導致異常振動，表明汽輪機蒸汽管道在柔性設計上還需要進一步改進。

4 減振方法及運行效果

（1）減少管口推力的理論方法。首先，應增加管道的柔性通常管道剛性較大，如果設計柔性不足會從一定程度上導致汽輪機管口的推力較大，因此可適當增加管道柔性法的方式進行解決，在布置管道時應當使其達到管道熱脹冷縮過程中的自補償效應，通常管道布置有兩種方法：首先在遠離端點集合中心進行管系布置，確保布置管系能夠遠離端點中心，這種情況下柔性是比較好的。其次可以適當增加管系的彎管數，兩種方法均可以有效降低汽輪機管口的推力。此外管道冷緊導致管道冷緊時提前切去管道一段，或加長一段后再安裝時，將其強拉就位，由于施加冷緊之后會導致法蘭不對等，此外合理進行支吊架配置自選型，選擇合適的支吊架方式，并且在管系位置加裝吊架，用該方法能夠限定管系和力矩的分布情況，進而有效降低汽輪機端口的推力。

（2）運行效果。在上述降低管口推力措施后，重新啟動汽輪機，在試車時我們發現應當確保貓爪處于自由活動狀態，觀察蒸汽管道熱膨脹時的指數以及汽缸膨脹顯示受熱均勻，而且試車中未出現跳車現象，也未發生異常振動，進一步說明蒸汽管道對氣缸過大推力已經基本消失，能夠確保汽輪機轉速處于一定范圍，結試車果較為理想。

5 小結

汽輪機在運行中出現異常振動是相對復雜的故障問題，導致出現振動原因較多，因此在振動源排查過程中需要結合實際情況，對于可能導致的振動原因進行逐一排查，直到找到根源為止，有效消除異常振動。