合成氣壓縮機汽輪機振動升高原因分析及處理

張偉華， 孟祥龍

(中海石油華鶴煤化有限公司， 黑龍江鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司合成裝置于2015年5月成功開車。合成裝置中的合成氣壓縮機(K04401)負責將液氮洗送出的合成氣加壓送至合成塔，其中汽輪機(透平)是機組的動力來源，高壓蒸汽(8.9 MPa、520 ℃)通過蒸汽速關閥、主蒸汽調節閥進入汽輪機做功，帶動機組運轉。

1 工藝流程

高壓蒸汽(8.9 MPa、520 ℃)從汽輪機透平下部經速關閥進入蒸汽調解室，再經蒸汽高調節閥門(GV)控制進入汽輪機透平。汽輪機中部設有抽汽管，過熱蒸汽(抽汽壓力為4.4 MPa、溫度為437 ℃)被送入中壓蒸汽管網，另一路蒸汽經中調節控制閥(ECV)調節后返回透平繼續做功。乏汽從汽輪機末端排出后進入表面冷凝器，被其管程的循環水冷凝成冷凝液，然后被冷凝液泵(P04405A/B)送至真空抽氣冷凝器(E04405A/B)管程，作為冷凝器的冷卻水。冷凝液在E04405A/B內完成熱交換后，經過表面冷凝器液位調節閥(LV04451A/B)調控后送至脫鹽水系統。汽輪機工藝流程見圖1。

TTV—高壓蒸汽速關閥； GV—蒸汽高調節閥； ECV—蒸汽中調節閥。

2 存在的問題

2020年7月，合成氣壓縮機檢修后再開車時，其汽輪機排汽端振動值(VI04451A/B)波動，波動峰值達到52.2 μm/30.8 μm, 已接近聯鎖值(53.0 μm/53.0 μm)。當VI04451A/B同時達到聯鎖值時，合成氣壓縮機停車，合成塔產氨中斷，導致機組損壞。為避免VI04451A/B上漲，機組只能低負荷運行，此時氨和尿素產量下降、能耗上升。匯總2020年10—12月合成系統負荷數據，發現受限于合成氣壓縮機透平振動，合成系統負荷從100%降至94%，每日產氨量從1 050 t降至990 t左右，噸氨耗蒸汽從3.6 t漲至4.0 t[1-2]。

透平振動是反應蒸汽透平運行狀態的重要指標，通過查閱歷史數據，對2020年10—12月合成氣壓縮機汽輪機排汽端振動異常波動進行了統計，見表1。

表1 合成氣壓縮機汽輪機排汽端振動異常波動統計表 μm

從表1可知：汽輪機在運行過程中振動頻次增加，10月為1次，11月為2次，12月為4次。

將2020年1—11月VI04451A、VI04451B平均值進行統計，見表2。

表2 合成壓縮機透平排汽端振動統計表 μm

由表2可知：VI04451A、VI04451B在2020年1—6月均能達到指標；從7月開始上漲，且有越來越嚴重的趨勢。應消除不安全因素，保證機組穩定運行。

3 原因分析及過程排查

3.1 原因分析

對比趨勢，分析影響汽輪機振動狀態的10項因素。包括：潤滑油溫度低、潤滑油壓力低、潤滑油品質差、軸封蒸汽溫度低、汽輪機真空高、冷凝液外送量大、系統穩定性差、壓縮機工況波動、透平平衡管存水、透平主蒸汽壓力波動較大[3-4]。

3.2 過程排查

(1) 潤滑油溫度低

根據上油溫度的變化，調整冷卻水水量，摸索出潤滑油溫度對振動的影響關系，控制溫度在小范圍內波動；建立潤滑油溫度對位移量影響記錄，各班按照不同狀況控制潤滑油溫度為42 ℃。調整油溫后，振動變化仍存在，確認油溫為次要因素。

(2) 潤滑油壓力低

根據軸承進油壓力對振動的影響，調試上油壓力；摸索出潤滑油上油壓力最佳值；適當提高潤滑油上油壓力，增加軸承進油量，控制油壓穩定；過濾器出口油壓由0.94 MPa提至0.98 MPa。實際運行觀察后發現油壓對振動影響不大。

(3) 潤滑油品質差

控制潤滑油品質，保持潤滑油潔凈無污染；保持凈油機運行，每月分析油樣，定期外送油樣品檢查；保持油濾機運行，置換出2桶舊油，加入4桶新油。按NB/SH/T 0636—2013 《L-TSA 汽輪機油換油指標》要求，確認潤滑油品質良好(見表3)。

表3 潤滑油品質對比

(4) 軸封蒸汽溫度低

現場測量軸封蒸汽管線溫度為175 ℃(設計值為190 ℃以上)，緩慢調整蒸汽壓力，提高軸封蒸汽溫度。同時降低軸封蒸汽壓力，現場注意軸封疏水，注意真空值等參數變化；軸封蒸汽壓力由0.028 MPa降至0.025 MPa，現場導淋保持一定開度，軸封蒸汽溫度控制在190 ℃以上。

(5) 汽輪機真空高

調整真空抽氣器一抽、二抽切換至備用一抽、二抽，確保噴嘴正常運行；檢查開工噴射器空氣管線，打開空氣管線法蘭，確認沒有內漏現象；檢查二級冷凝液疏水器，確保運行正常。

制定合成氣機組表面冷凝器循環水上回水溫度、壓力特護記錄表，及時降低循環水上水溫度；與調度溝通提高循環水上回水壓差，增大循環水流量，循環水壓差由0.08 MPa提高至0.12 MPa；針對換熱效果好的換熱器，關小其循環水回水閥門，合理分配循環水用量；檢查確認各換熱器循環水排汽及旁路，確保循環水投用正常；合成氣機組表面冷凝器循環水上水引入低壓消防水，以降低循環水上水溫度。日常運行時，監護低壓消防水壓力，及時調整以穩定真空值。

(6) 冷凝液外送量大

優化汽輪機工況，降低汽輪機負荷(系統負荷)，控制冷凝液外送體積流量不超過25 m3/h；適當增加抽汽質量流量，控制其在48.0～50.4 t/h范圍；降低轉速，關小壓縮機防喘閥。

(7) 系統穩定性低

控制整個系統穩定，保證合成氣壓縮機壓力、溫度、氫氮比、轉速指標穩定；調整變換循環水冷卻器循環水、鍋爐給水冷卻器鍋爐水、液氮洗氣量分配，以及縮小氫氮比控制范圍，精確控制負荷穩定；壓縮機入口壓力控制在5.03～5.15 MPa，入口溫度控制在18～24 ℃。

(8) 壓縮機工況波動

在保證機組安全的情況下，小幅度調整合成氣各段防喘閥門開度，將機組轉速由12 900 r/min調整至12 750 r/min。一段、三段防喘閥門保持關閉，二段防喘閥門由16%關小至13%。

(9) 透平平衡管存水

微開平衡管導淋排凝，汽輪機缸體內無冷凝液，現場平衡管導淋微開，主控注意真空值等參數變化，保證機組安全運行。

(10) 透平主蒸汽壓力波動較大

控制高壓蒸汽管網壓力，適當提高溫度，穩定汽輪機振動次數，與蒸汽管網配合，控制主蒸汽壓力在8.7～9.3 MPa范圍內。

4 改造效果

對以上調整進行檢查對比，結果顯示：軸封蒸汽溫度提高后，汽輪機振動值明顯好轉；軸封蒸汽壓力從0.028 MPa降至0.025 MPa后，汽輪機振動值明顯好轉；負荷降低至95%，冷凝液質量流量減少了0.4 t/h后，汽輪機振動值在后期好轉；降低轉速、增加抽氣等手段，冷凝液質量流量減少了2 t/h后，汽輪機振動值明顯好轉。

經過以上調整,對2021年1月—8月合成氣壓縮機排汽端振動VI04451A/B平均值進行統計，見表4，改造前后振動變化趨勢折線見圖2。

表4 2021年合成壓縮機汽輪機排汽端振動統計表 μm

圖2 VI04451A、VI04451B振動值折線圖

由圖2可知：系統優化后， VI04451A、VI04451B下降，日常運行振動在10.0 μm以下，且未出現波動，同時系統負荷加至100%，保證了裝置正常運行。

5 預防對策

通過以上調整消除了汽輪機振動值波動大的問題，大大降低了機組運行的安全風險。為鞏固成果，平時操作過程中應注意以下事項：

(1) 日常操作中嚴格控制汽輪機冷凝液質量流量不超過25 t/h。

(2) 保證汽輪機抽汽質量流量控制范圍為48.0～50.4 t/h。

(3) 巡檢中，定時測量軸封蒸汽管線溫度，保證其大于190 ℃。

(4) 巡檢中，檢查消防水壓力，同時主控密切關注汽輪機真空值變化。

(5) 各項特護方案要點納入裝置操作規程，為機組日常維護提供操作依據。

6 結語

影響汽輪機振動升高的因素有很多，都會對

生產造成較大影響，甚至會損壞設備，要積極采取科學的技術防范措施，深刻汲取事故教訓，加強操作和管理人員的培訓，提升專業管理水平，為裝置長周期穩定運行提供有力的技術保障。