汽輪機振動高原因分析及對策

劉 強

(中海石油華鶴煤化有限公司,黑龍江鶴崗 154100)

1 工藝流程

汽輪機8.9 MPa、520 ℃的過熱高壓蒸汽從透平下部經速關閥進入蒸汽調解室,再經蒸汽高調節閥門控制進入汽輪機透平。在透平中部設有抽汽管,抽汽壓力為4.4 MPa、溫度為437 ℃的過熱蒸汽送入中壓蒸汽管網,其余蒸汽經中調節閥門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,被凝汽器內管程的循環水冷凝成冷凝液,然后被冷凝液泵泵入真空抽氣冷凝器的管程,作為真空抽氣冷凝器的冷卻水。冷凝液在真空抽氣凝汽器完成熱交換后,經過表面冷凝器液位調節閥調控后送至脫鹽水系統[1]。

2 問題描述

2021年10月,合成氣壓縮機汽輪機排汽端振動(VI04451A/B)出現波動,振動由11.5 μm/7.5 μm波動至22 μm/16 μm;2021年11月振動開始頻繁波動,有時一天波動4～5次,嚴重影響裝置安全穩定運行。振動報警/聯鎖值為35 μm/53 μm。進汽端振動(VI04450A/B)最高波動至32 μm/21 μm,未達到報警值,排汽端振動(VI04451A/B)為69 μm/44 μm,達到聯鎖值。由于聯鎖形式為二選二,因此未引發機組跳車。振動從上漲開始達到最大值再到恢復正常值經歷約20 min,機組各工藝參數、支撐軸瓦溫度、位移未有變化(見表1)。

表1 2021年10月—2022年2月機組參數變化

3 故障排除

對儀表真實性進行檢查,對可能造成探頭間隙電壓波動的原因進行分析:

(1) 防松螺母沒有鎖緊,探頭會產生松動,間隙電壓會產生較大的跳動并造成低頻成分不固定地間歇性、跳動性強烈振動的假象[2]。

(2) 檢修中不經意地碰傷探頭,造成探頭間隙電壓突然降低或消失。

(3) 密封工作狀態不好時,探頭的密封膠及線圈會被油中的腐蝕介質腐蝕,造成間隙電壓緩慢降低,并引起振動緩慢降低、直至消失。

排查檢修記錄確認機組探頭安裝無問題,查看狀態監測系統間隙電壓未發生異常,判斷儀表數據振動、位移、瓦溫為真實值。

4 機組振動原因分析

對比分析歷次出現振動波動時的數據,汽輪機在近半年時間內,每次出現振動時的故障現象基本相同,即在轉速保持不變的情況下,汽輪機兩端軸振動及軸承座振動同步增大,增大速率及幅度無規律,出現的時間無規律,而且在透平兩端出現振動波動時,壓縮機的振動始終保持穩定。在振動出現變化時,機組負荷、溫度、壓力、流量等工藝參數均沒有明顯的調整。機組發生振動波動的過程中,頻譜主要是轉速的1倍頻成分發生明顯的增大現象,其他頻率成分變化很小,未見有新的故障特征出現。

根據振動圖譜分析,初步認為汽輪機可能存在以下2種故障:

(1) 蒸汽帶液或有異物進入,對轉子產生瞬時沖擊,進而產生振動。

(2) 由于軸心軌跡出現反進動現象,透平可能存在動靜件摩擦[3]。

汽輪機入口為過熱的高壓蒸汽,壓力為8.9 MPa、溫度為520 ℃,集散控制系統(DCS)實時監控蒸汽壓力、溫度。打開蒸汽放空未發現有液,蒸汽帶液的故障基本可以排除。對汽輪機軸封蒸汽檢查排水,未發現有液。

振動波動的主要特性頻率為1X,同時伴隨著1X相位的同步變化,但波動恢復后,相位基本可以恢復。轉子平衡性發生變化,振動恢復后相位角恢復。軸心軌跡圖不是平滑過渡,局部多處轉折對應現象為摩擦。

懷疑內部出現動靜摩擦故障,由于摩擦使轉子出現了熱彎曲效應,導致機組振動變大,具體摩擦位置懷疑在汽封、軸頸、接觸式油檔。軸承漏油或者油煙到油檔,軸封處高溫加熱形成污泥油泥積累,轉子和油泥之間接觸振動上漲,將油泥摩擦除掉,機組振動下降,周而復始[4]。

5 處理措施

(1) 考慮到振動波動達到報警聯鎖值,為了避免非必要的停車,經討論決定將汽輪機報警/聯鎖值由35 μm/53 μm改為55 μm/75 μm,并制定設備風險分析及監控預案。

(2) 降低潤滑油溫度,以增加油膜支撐剛度。

(3) 對排油煙管線進行吹掃,防止管線內積碳導致排油煙不暢。

(4) 制作降溫裝置接空氣對透平進汽端軸端均勻降溫,減緩油封、汽封處油泥、油垢的形成。

(5) 穩定機組蒸汽壓力,避免因蒸汽管網波動引起機組波動。

(6) 2022年3月因前系統停車,合成氣壓縮機汽輪機被迫停車。決定對隔離氮氣管線進行檢查,發現高壓側隔離氮氣管線接頭處堵塞(見圖1)。對隔離氮氣接頭處堵塞進行疏通,并將接頭進行擴孔,由2 mm擴大到6 mm(見圖2)。

圖1 隔離氮氣堵塞情況

6 效果驗證

2022年7月大修,將汽輪機解體,檢查發現氮氣密封處存在油泥(見圖3),同時主軸處有明顯劃痕(見圖4),進一步印證了機組出現了動靜摩擦引起機組振動。

圖3 氮氣密封處油泥

圖4 氮氣密封處劃痕

優化調整氮氣密封,對汽輪機氮氣密封管線增加閥門單獨控制進汽端、排汽端進氣量。

由于軸承座內為微負壓導致外界雜質向軸承 座內吸入,雜質、油污及蒸汽高溫炭烤進而形成積碳現象,當積碳累積到一定量與轉子接觸導致振動變大,積碳被轉子碰掉之后振動又回至正常值(見表2)。疏通汽輪機隔離氮氣管線,徹底解決汽輪機振動高問題。

表2 2022年3月開車后汽輪機振動數據

7 結語

針對汽輪機頻繁振動波動現象及成因進行分析,通過疏通汽輪機隔離氮氣管線,徹底解決汽輪機振動高問題,保證汽輪機組的安全、穩定、運行。