焦化裝置汽輪機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)原因分析

高志杰，王永民，胡玉榮

（中國石油大港石化公司，天津 300280）

1 事件經(jīng)過

大港石化公司焦化裝置富氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)型號5BL-3，為背壓式汽輪機(jī)，設(shè)計進(jìn)氣壓力3.35 MPa，進(jìn)汽溫度350 ℃，正常點(diǎn)轉(zhuǎn)速12 250 r/min。

2017 年7 月21 日6:58:04，汽輪機(jī)4 個測振點(diǎn)振動值開始出現(xiàn)不同程度上升，至6:59:44，驅(qū)動端振動值VS3937 達(dá)到123 μm（圖1），壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)（聯(lián)鎖值88 μm）。

圖1 汽輪機(jī)歷史趨勢

2 狀態(tài)監(jiān)測情況

（1）異常振動點(diǎn)主要振動頻率為一倍頻（圖2）

圖2 汽輪機(jī)振動趨勢

（2）異常振動點(diǎn)的軸心軌跡中有反進(jìn)動現(xiàn)象（圖3）

圖3 汽輪機(jī)軸心軌跡

3 原因分析

通過狀態(tài)監(jiān)測確認(rèn)一倍頻為主要故障頻率，判定汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡量，不平衡量有可能由異物侵入機(jī)體造成。從4 個方面進(jìn)行分析。

3.1 蒸汽中夾帶固體異物

此種情況會給汽輪機(jī)過流部件造成不可逆損傷，鑒于汽輪機(jī)再次開機(jī)后正常運(yùn)行，各項參數(shù)與停機(jī)前基本一致，故排除這種可能。

3.2 蒸汽帶水

事發(fā)時汽輪機(jī)入口中壓蒸汽壓力3.2 MPa，溫度360 ℃，而247 ℃水的飽和蒸汽壓接近3.2 MPa。同時通過紅外熱成像儀監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，中壓蒸汽管排至焦化富氣壓縮機(jī)段保溫鋁皮溫度（25～35）℃，未發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)（圖4），保溫效果良好。所以當(dāng)時汽輪機(jī)入口蒸汽帶水的可能性很小。

3.3 汽輪機(jī)軸封泄漏汽排汽線存在凝液

該汽輪機(jī)在一級汽封體后設(shè)計有排汽管線，用于回收低壓蒸汽。因該管線背壓0.6 MPa，高于一級汽封體后壓力0.48 MPa，因此該管線閥門自開機(jī)時一直處于關(guān)閉狀態(tài)，可能存在凝液（圖5）。現(xiàn)場測量該管線溫度（160～200）℃，該溫度范圍對應(yīng)的飽和蒸汽壓為（0.62～1.55）MPa,高于實(shí)際壓力0.48 MPa，同時現(xiàn)場導(dǎo)淋未見凝結(jié)水，因此可排除此原因。

3.4 氣封內(nèi)帶水

圖4 汽輪機(jī)入口管線紅外熱成像

圖5 軸封漏汽排汽管線

該汽輪機(jī)兩端氣封漏氣主要由氣封抽氣器回收，極少量從汽輪機(jī)兩軸伸端泄漏出機(jī)體。當(dāng)氣封抽汽器不能正常建立負(fù)壓時，氣封漏氣會從軸伸端泄漏，同時也在氣封體內(nèi)產(chǎn)生凝液。大量積累的凝液會擾動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，引起振動異常波動。

本次機(jī)組聯(lián)鎖停車時，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)氣封抽汽器動力蒸汽壓力0.2 MPa（設(shè)備廠商要求≥0.5 MPa），真空度為0，汽輪機(jī)氣封漏氣無法通過抽汽器有效回收；同時汽輪機(jī)至氣封冷凝器之間的管線未保溫，造成管線內(nèi)存在凝結(jié)水，因此氣封帶水是本次故障的原因。

4 各車間抽氣器系統(tǒng)對比

汽輪機(jī)氣封抽氣器系統(tǒng)主要包括氣封冷卻器和噴射器。氣封冷卻器用于冷卻從汽輪機(jī)中抽出的空氣和水蒸氣；噴射器用于造成冷凝系統(tǒng)負(fù)壓，形成氣封冷卻器和汽封之間的壓差，將泄漏的空氣和蒸汽吸入冷卻器。

抽氣器系統(tǒng)故障會引發(fā)部分泄漏蒸汽串入潤滑油內(nèi)，使?jié)櫥蛶蛘呃淇諝膺M(jìn)入氣封體內(nèi)，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子因承受較大熱應(yīng)力產(chǎn)生彎曲變形。因此氣封抽氣器系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的有力保障。

目前公司在用背壓式汽輪機(jī)共3 臺，分別為焦化富氣壓縮機(jī)用汽輪機(jī)、加氫裂化循氫機(jī)用汽輪機(jī)和催化氣壓機(jī)用汽輪機(jī)，其抽氣系統(tǒng)如圖6 所示，其中催化汽輪機(jī)在U 形水封后增加凝結(jié)水水箱，防止汽輪機(jī)開機(jī)過程因未建立U 形水封而影響抽氣器抽氣效果。各裝置抽汽系統(tǒng)參數(shù)見表1。

圖6 汽輪機(jī)抽氣器系統(tǒng)

表1 抽汽系統(tǒng)參數(shù)

5 解決辦法

（1）將汽封抽汽器的動力蒸汽提高至0.5 MPa 以上，真空度0.015 MPa（設(shè)備廠商要求≥0.002 MPa），確保抽氣器正常工作，同時參考催化汽輪機(jī)抽汽系統(tǒng)，在U 形水封后增加凝結(jié)水水箱，進(jìn)一步保證抽氣系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

（2）對汽輪機(jī)各附屬管線進(jìn)行有效保溫，避免因蒸汽溫度波動或環(huán)境溫度變化造成蒸汽凝結(jié)。

（3）短期內(nèi)在軸封泄漏氣排氣線上的儀表引壓點(diǎn)處增加導(dǎo)淋，定期檢查此處有無凝結(jié)水。

（4）在下個檢修期時將軸封泄露氣排氣線變更為注氣線，保證軸封系統(tǒng)安全運(yùn)行。

6 結(jié)語

汽輪機(jī)的故障現(xiàn)象多樣，故障原因多變，因此進(jìn)行故障判斷時結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測分析，可大大節(jié)省故障判斷時間，及時查明原因，第一時間恢復(fù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，保證裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。