汽輪機沖轉過程中軸瓦振動超標原因分析及處理

郭海波

（山西晉煤華昱煤化工有限責任公司，山西晉城 048000）

0 引言

汽輪機正常運行過程中振動幅度基本不變。但在汽輪機啟動沖轉過程中，由于加減負荷過快、軸封沒有暖好等原因，可能出現振動異常。許多汽輪機組運行過程中，都出現過軸瓦振動超標故障，故障處理過程較為復雜，需要經過較長時間才能恢復正常運行。

1 故障現象

2015年6月21日16：25：36，陜焦公司汽輪機驅動離心式氧壓機組突然聯鎖跳車。DCS 控制系統顯示汽輪機前徑向軸瓦振值（位號：VI733B）由20.09 μm 突然上漲到179.24 μm，觸發汽輪機聯鎖跳車保護，該測點報警值39.9 μm，聯鎖值為58.6 μm。該汽輪機前徑向軸瓦共有2 個振動測點，跳車時另一測點振值基本無變化，因此技術人員認為探頭故障引起跳車的可能性較大。為進一步確定跳車原因，對機組進行試車，升速到3500 r/min 時VI733B 測點聯鎖跳車，汽輪機其他振動、位移、溫度測點均正常。跳車后儀表人員檢查該測點探頭、延長電纜及前置器，發現探頭和前置器損壞，并進行更換。事故發生1.5 h后，操作人員啟動機組，連續3 次沖轉過程中都出現軸瓦振動超標、觸發汽輪機聯鎖跳車保護現象，被迫進入檢修狀態。該汽輪機額定功率2625 kW，主蒸汽壓力3.53 MPa、溫度435 ℃，排汽壓力0.012 MPa、溫度為50 ℃，轉速調節（9525～13 335）r/min。故障記錄顯示，機組沖轉過程中，于5500 r/min 左右前徑向軸瓦振值達到70 μm 以上，觸發汽輪機聯鎖跳車保護，導致離心式氧壓機無法運行[1]。

2 原因分析

2.1 汽輪機組長時間未進行全面檢查

汽輪機沖轉過程中出現軸瓦振動超標故障是由多方面原因導致的，如果汽輪機長時間未進行全面檢查，容易因部件失效引發此類故障。上述案例經事故調查發現，該汽輪機驅動離心式氧壓機組自投入運行以來未進行過全面檢查。其中，因前徑向軸瓦振動測點（位號：VI733B）探頭和前置器損壞，給出錯誤振動數值，觸發汽輪機聯鎖跳車保護，導致整個生產系統停產3 d，造成了不可挽回的經濟損失。因此，需要對汽輪機元器件進行定期檢查，不能一味追求產量而忽略計劃檢修。汽輪機元器件維護不到位，是引發此次故障事故的直接原因。

2.2 啟動過程中違反相關操作規程

在檢查DCS 系統記錄過程中，為找到前徑向軸瓦振值（位號：VI733B）突然上漲引起機組跳車的原因，通過停運油泵和液壓盤車機構，配合檢查探頭、延長電纜及前置器。分析DCS 系統記錄信息發現，汽輪機轉速下降為0 時，操作人員沒有停止供軸封汽，導致機組轉子靜止狀態下，軸封供汽壓力43 kPa，真空度為-88 kPa，在此工況下保持約1.5 h，使轉子局部出現受熱不均勻現象，產生熱彎曲。操作過程嚴重違反《汽輪機運行導則》關于靜止轉子不能向軸封供汽的規定，在機組熱態啟動時，軸封供汽未確認盤車的運行狀態，這也是導致汽輪機跳車后重啟過程中振動超標的一個主要原因。

2.3 對停運潤滑油泵安全風險預估不足

汽輪機在極熱工況下，如果未充分考慮停盤車機構和潤滑油泵的安全風險，對振動探頭進行拆檢，會導致內部轉子傳遞給軸瓦的熱量無法得到潤滑油冷卻，可能使軸瓦受熱變形，導致軸系中心產生變化，在沖轉過程中，也容易引發振動超標問題。而且汽輪機在極熱工況下停盤車，轉子也會受到上下缸溫差影響，產生不均勻收縮，出現彈性熱彎曲。再加上汽輪機本體溫度不符合工況要求，氣缸收縮不均勻，可能產生中心偏移的現象，進而引發振動超標故障。從故障檢修記錄來看，檢修振動探頭用了1 h，原本只需使用30 min，反映出檢修準備不充分，未做好現場協調，導致汽輪機極熱狀態下的盤車停運時間較長[2]。

3 處理方法

3.1 組織開展故障原因排查工作

分析汽輪機故障處理過程，機組跳車后，操作人員迅速開始排查故障原因，并成立臨時指揮組。通過對DCS 控制系統中的報警信息進行檢查，確定前徑向軸瓦振值超標，觸發汽輪機聯鎖跳車保護。按照跳車事故處理流程，初步判斷跳車原因后，對汽輪機進行熱啟動，升速到3500 r/min 時VI733B 測點聯鎖跳車，汽輪機其他振動、位移、溫度測點均正常。確定該儀表測點存在故障，屬于假信號，立即檢查該測點探頭、延長電纜及前置器，發現探頭和前置器損壞，并進行更換。

3.2 跳車后啟動故障處理

在故障處理過程中，為解決汽輪機前徑向軸瓦振動測點故障問題，決定拆開前軸承箱，對探頭、延長電纜及前置器進行檢查，要求在30 min 內完成檢修工作。此時采取停液壓盤車機構與潤滑油泵運行的操作，是引發軸瓦振動超標的主要因素之一。在對振動測點檢修時發現探頭和前置器損壞現象，但由于前置器沒有備件，緊急從其他分廠調用，耽誤了檢修時間。檢修完畢后，執行汽輪機啟動操作，機組在沖轉過程中于5500 r/min 左右前徑向軸瓦振值達到70 μm 以上，振動聲音明顯增大，觸發汽輪機聯鎖跳車保護。在第二、第三次啟動過程中，機組以相同原因觸發跳車保護，導致離心式氧壓機無法運行。當機組轉速下降為0 后投入液壓盤車機構，盤車軸晃動值37.5 μm。由于軸瓦振動嚴重超標，機組被迫轉入檢修狀態[3]。

3.3 機組檢修期間故障處理

在機組檢修期間，維修人員拆開汽輪機前后軸承箱，拆出前后徑向軸瓦后發現前軸瓦燒傷、變形明顯，后軸瓦有輕微燒傷痕跡。前軸瓦更換新瓦一副，后軸瓦用水砂紙進行處理，并對振動、位移、測溫元器件逐一檢查。檢修完畢后，建立油系統，啟動液壓盤車機構，盤車軸晃動值15 μm。按照冷態啟動方式啟動機組，機組達到沖轉條件后開始沖轉。主蒸汽壓力3.53 MPa、溫度435 ℃，排汽壓力0.012 MPa，溫度50 ℃。機組轉速上升到1500 r/min 后，遠方聽聲正常。繼續將機組轉速上升至3500 r/min，然后進行中速暖機，對機組各軸承振動情況進行檢查，結果正常，軸瓦最大振幅為12 μm。中速暖機結束后，機組轉速上升到6000 r/min，檢查機組各參數情況，一切正常。升速至工作區間最低轉速9000 r/min，軸瓦振動最大值15 μm，與冷態沖轉的振動水平相當，故障得以排除。

3.4 軸瓦振動超標故障防范措施

從故障處理過程分析，在汽輪機故障排查和檢修過程中，嚴格遵守相關操作規范十分重要，否則容易引發軸瓦振動超標問題，導致機組無法正常啟動。針對振動測點故障問題，應對汽輪機元器件進行定期檢查，并將其列入機組檢修計劃，確保相關維護工作的及時開展。在機組運行過程中，必須遵守靜止轉子不能向軸封供汽等規定，避免因汽輪機軸瓦燒傷、變形引發重大設備故障。在汽輪機熱態工況下，不能盲目停運盤車和油泵，否則也容易引發軸瓦燒傷、變形事故。為防止同類事故發生，操作人員應明確檢修時工藝處理關操作規定，降低人為因素的影響。在故障檢修前，應做好準備工作，避免因備件等問題延誤檢修時間。通過做好故障防范措施，降低軸瓦振動超標故障發生的概率。

4 結束語

汽輪機在沖轉過程中出現的軸瓦振動超標現象，可能是由于多種原因導致的。分析故障原因，可以避免因人為操作等方面的因素引發故障問題。同時在故障檢修過程中，也需要規范操作，嚴格遵守相關技術操作規程，避免因違規操作對機組構件產生負面影響。通過實施故障處理及防范措施，恢復汽輪機的正常運行。