YL12000kW 煙氣輪機(jī)故障的分析診斷

劉 陽(yáng)，盧 綱

（1.西安交通大學(xué)，陜西西安 710049；2.渤海裝備蘭州石油化工裝備分公司，甘肅蘭州 730060；3.甘肅省煉化特種裝備工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州 730060）

0 引言

煙氣輪機(jī)是煉油廠催化裂化裝置能量回收的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行情況直接關(guān)系到裝置的運(yùn)行周期和能耗水平。煙氣輪機(jī)作為主風(fēng)機(jī)組的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，對(duì)其健康狀態(tài)的依賴程度越來(lái)越高。煙氣輪機(jī)不但應(yīng)用工況惡劣，如介質(zhì)溫度高、沖蝕性強(qiáng)，而且自身具有功率大、轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)控儀表繁多，運(yùn)行及檢修要求高等特點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、工藝操作等環(huán)節(jié)稍有不當(dāng)，都會(huì)造成設(shè)備在運(yùn)行時(shí)發(fā)生種種故障。本項(xiàng)目利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)，及時(shí)分析了煙機(jī)振動(dòng)超標(biāo)原因，且提出了消振措施，為該煙氣輪機(jī)的日常運(yùn)行管理和檢維修等提供了決策依據(jù)。

1 故障現(xiàn)象

某煉廠重催完成大檢修之后，YL12000kW 煙氣輪機(jī)組于2017 年7 月2 日開(kāi)機(jī)。機(jī)組啟動(dòng)之初，聯(lián)軸器端的兩個(gè)通道后軸西南X、后軸西北Y 振動(dòng)數(shù)值就偏大，在低轉(zhuǎn)速94 r/min 時(shí)，振動(dòng)就達(dá)到35 μm，當(dāng)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速5840 r/min 時(shí)，隨著煙氣輪機(jī)介質(zhì)流量的增加，后軸西北通道的振動(dòng)達(dá)到了約93 μm（圖1）。煙氣輪機(jī)運(yùn)行不足4 h，用戶為了安全起見(jiàn)，機(jī)組被迫停機(jī)。

2 故障分析

機(jī)組在低轉(zhuǎn)速94 r/min 時(shí)，后軸Y 通道波形頻譜圖如圖2所示。

煙氣輪機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，后軸Y 通道的時(shí)域波形中含有明顯的瞬時(shí)尖峰，瞬時(shí)尖峰形成的振幅約為30 μm。機(jī)組在工作轉(zhuǎn)速5848 r/min 時(shí)，聯(lián)軸器端后軸軸心軌跡如圖3 所示。

從工作轉(zhuǎn)速下的后軸軸心軌跡圖中可以看出，合成的軸心軌跡圖中含有負(fù)向電壓的尖峰，且右邊的時(shí)域波形Y 方向信號(hào)比X 方向滯后90°，與兩個(gè)探頭安裝的物理相位完全吻合，尖峰是由測(cè)振帶表面處有劃痕缺陷迅速通過(guò)X/Y 向電渦流位移傳感器響應(yīng)造成的。

圖1 振動(dòng)趨勢(shì)

圖2 94 r/min 時(shí)波形頻譜圖

圖3 5840 r/min 時(shí)后軸軸心軌跡

煙氣輪機(jī)采用的本特利3300 XL 8 mm 系列電渦流位移傳感器。該傳感器在使用時(shí)，其靈敏度與被測(cè)物體表面的形狀有關(guān)，測(cè)量靈敏度高，線性好，其間隙電壓與間隙的線性特性為0.007 87 V/μm。其工作原理的本質(zhì)就是：利用改變其探頭頭部線圈的高頻電流的幅度和相位，及改變線圈的有效阻抗Z（圖4）。探頭線圈的有限阻抗與被測(cè)金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r，線圈與金屬導(dǎo)體的距離d，線圈激勵(lì)電流強(qiáng)度I和頻率ω 等參數(shù)有關(guān)，可以用函數(shù)Z=F（μ，σ，d，r，I，ω）來(lái)表示。當(dāng)μ、σ、r、δ、I、ω 等參數(shù)恒定不變時(shí)，那么阻抗Z 就成為探頭端面與金屬表面之間距離d 的單值函數(shù)，Z=F（d）。

圖4 電渦流作用原理

在軸振動(dòng)機(jī)探頭安裝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：探頭監(jiān)測(cè)的表面（正對(duì)探頭中心線的兩邊1.5 倍探頭直徑寬度的軸的整個(gè)圓周面）應(yīng)無(wú)劃痕跡或其他任何不連續(xù)的表面，且在這個(gè)范圍內(nèi)不能有噴鍍金屬或電鍍，表面粗糙度應(yīng)在0.4～0.8 μm。所以，轉(zhuǎn)子上用來(lái)測(cè)量振動(dòng)的表面是基準(zhǔn)面，必須保證此表面緊密、完好無(wú)損才能正確地監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子的實(shí)際振動(dòng)。如果測(cè)量表面有缺陷，必然會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果。通過(guò)對(duì)圖譜的分析以及對(duì)聯(lián)軸器端附近軸承箱體振動(dòng)烈度的測(cè)量，診斷出該煙氣輪機(jī)的振動(dòng)測(cè)量部位的軸表面應(yīng)該存在缺陷，缺陷引起的幅值突變?yōu)?0 μm 左右，因此總振幅值中含有部分虛假信息，實(shí)際振動(dòng)應(yīng)該在63 μm 左右，低于煙氣輪機(jī)的報(bào)警門(mén)限（80 μm）。機(jī)組的振動(dòng)此時(shí)應(yīng)該在安全運(yùn)行范圍之內(nèi)，機(jī)組完全可以繼續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

圖5 表面劃痕分布情況

3 診斷結(jié)論

機(jī)組停機(jī)之后，將該煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子抽出，發(fā)現(xiàn)在距離轉(zhuǎn)子副推力面64～78 mm 處存在多處劃痕的表面缺陷（圖5）。而探頭的安裝位置在距離副推力面67.5 mm 處。

4 消振措施

（1）轉(zhuǎn)子后軸頸處，從副推力面起沿軸向至80 mm 處以最小量車削以消除表面劃痕缺陷。加工后表面進(jìn)行光整處理，保證粗糙度達(dá)到0.4 μm 以下。

（2）對(duì)轉(zhuǎn)子重新做動(dòng)平衡。該消振措施的優(yōu)點(diǎn)就是不影響軸承安裝及支撐軸瓦間隙。

5 診斷驗(yàn)證

YL12000KW 煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)后，機(jī)組于7 月8 日再次啟機(jī)。煙氣輪機(jī)在工作轉(zhuǎn)速下，聯(lián)軸器端的振幅比修復(fù)前大幅下降，最大振幅小于35 μm，機(jī)組運(yùn)行情況比較理想，診斷結(jié)論和消振措施都得到了準(zhǔn)確的驗(yàn)證。

6 結(jié)束語(yǔ)

利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠?qū)ΠY下藥，做到預(yù)知維修，縮短維修周期，為設(shè)備的安穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。