210萬t/a催化裂化裝置軸流風機動靜葉片損壞原因分析

［摘 要］文章主要分析了軸流風機在經歷過機組大修后，從開機正常到短時間內轉子動靜葉片斷裂而手動停機事件的根本原因。研究發現，葉片斷裂紋理多為疲勞斷裂，根本原因為機組在低靜葉角度、高轉速、長時間處于失速區運行，葉片由于快速顫振引發疲勞斷裂。

［關鍵詞］動靜葉片；疲勞斷裂；低靜葉角度；旋轉失速

［中圖分類號］TK14 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0095–03

1 事件描述

2021年12月，某石油化工公司210萬t/a 催化裂化裝置軸流風機大檢修結束，于12月17日啟動軸流機運行，12月19日軸流機振動異常并喘振，隨后啟動主風自保并停軸流風機。12月17日20 ：35開始煙機暖機；12 月18 日14 ：21 ：00 開蝶閥升速；15 ：30—18 ：50靜葉14° 4 800 r/min 運行；18 ：51 主電機合閘；20 ：59開始手動關軸流機出口大小放空閥，主風開始并入系統；21 ：36因大放空閥BV862在78% 時自動打開，閥門給信號不動作，儀表檢查發現定位器I/P 堵，處理后發現大放空仍自動打開。12月19日1 ：22停機處理，更換定位器。停機更換定位器期間發現，大放空閥BV862（16寸）“配置1/2”的過濾減壓閥和小放空閥BV861（10寸）“配置3/4”的過濾減壓閥，配置不合理，將2個過濾減壓閥調換。

2021年12月19日5 ：14，第二次啟動軸流機、煙機升速；6 ：05主電機合閘；6 ：21開始手動關放空閥，發現小放空閥BV861有振蕩；7 ：00—8 ：10更換了過濾減壓閥，測試正常；8 ：52 大小放空閥全關，主風并入系統，外操、鉗工檢查煙機組現場運行狀況未發現明顯異常；11 ：09將2號、3號主風機停運；12 ：49因軸流機振動X860異常，啟動3號主風機備用；13 ：10 ：32發現喘振；13 ：10 ：34喉部壓差低逆流、主風撤出系統；13 ：12 中控手動啟動主風自保；13 ：17 ：08中控手動停煙機。

2 解體檢查情況

12 月20 日15 ：00 軸流風機開大蓋檢查，打開發現轉子第12/13 級損壞，如圖1、圖2 所示，靜葉片12/13/14級損壞如圖3所示。

3 轉子動靜葉損壞原因

3.1 安裝質量排查

轉子安裝間隙合格，第一次啟動機組運行，工程師、鉗電儀、中控內操確認機組運行正常，振動、軸位移等關鍵指標監測正常，可以排除安裝質量問題引起機組動靜葉損壞。

3.2 葉片質量問題排查

軸流機動靜葉歷史維修記錄見表1，此次損壞的轉子修復合格并提供了合格證。解體觀察12級動葉損壞情況： 共10片動葉完全斷裂，其中8片有非常明顯的貝殼紋，具有明顯的疲勞斷裂特征，另外2片也有較為模糊的貝殼紋路；13級動葉完全斷裂1片無貝殼紋。從葉片斷口分析可知，由于第12 級動葉率先疲勞斷裂，而后再飛出打到13級動葉，可排除葉片產品質量問題。

3.3 運行過程排查

3.3.1 旋轉失速問題排查

從葉片斷裂形貌分析可知為疲勞斷裂，懷疑為失速顫振引發疲勞斷裂。12 月18 日 15 ：33—18 ：50 葉片轉速為4 745～4 813 r/min，靜葉角保持14°，時長197 min。軸流機在靜葉小角度運行時進氣流量過小，正沖角過大giXfmXzlQgDaqdlkr2wfmw==，導致氣流在葉片的凸面分離，存在旋轉失速現象，可能引起葉片損壞。

3.3.2 喘振排查

（1）排查入口吸入量是否充足。檢查入口過濾器、管道、消音器、格柵無堵塞 。

（2）后路不暢檢查。19日恢復生產過程中，二再主風量偏小，現場排查發現，二再主風蝶閥FV2103實際開度與OP 值有偏差，約15 ：20現場檢查FV2103發現氣源壓力為0.2 MPa，風壓偏低，進一步檢查發現主氣源閘閥開度小，同氣源主管上還有FV2104、FV2105風量調節閥。懷疑這3臺閥氣源壓力不足，閥門開度不夠，造成軸流機后路不暢，但與歷史相同靜葉角度相比，當天軸流機出口壓力、主風總管壓力更低，軸流機入口喉部壓差更高，軸流機出口憋壓、后路不暢的可能性不大。

（3）防喘系統排查。12 ：31開始喉部壓差小幅波動導致小放空閥有4次動作，防喘振閥4次動作記錄見表2，安全裕度均大于14%，程序邏輯判斷實際沒有發生喘振。

13 ：10 ：52 喉部壓差階躍突降，從8.36 kPa 減到1.18 kPa，安全裕度從17%變為–9.3%，邏輯上發生喘振。

13 ：10 ：53 防喘振總輸出（rSEL_OUT） 為29.3%，小放空開度命令83%（回訊52%），因歷史趨勢記錄采樣周期為1 s，閥位命令和閥位回訊間會存在偏差。

13 ：10 ：54防喘振總輸出（rSEL_OUT）為44.3%，小放空開度命令100%（回訊100%）。

13 ：10 ：55 安全裕度從–4.2% 增加到9%，防喘振總輸出（rSEL_OUT）51.6%，小放空開度100%，大放空命令30.9%，回訊37%。

13：10：56安全裕度為15.2%，防喘振總輸出（rSEL_OUT）55.2%，小放空開度100%，大放空命令36%，回訊33%。

13：10：57安全裕度10.8%，防喘振總輸出（rSEL_OUT）62.8%，小放空開度100%，大放空命令46%，回訊47%。

13：11：01安全裕度19.8%，防喘振總輸出（rSEL_OUT）77%，小放空開度100%，大放空命令67%，回訊66%。

此后因安全裕度逐步變大，喉部壓差及出口壓力沒有劇烈變化，防喘振控制總輸出沒有再增加。整個防喘振功能動作過程，大小放空閥均根據指令正常動作。

防喘放空閥問題排查具體如下。

（1）大放空閥BV862 自動打開原因是定位器I/P有異物堵塞，導致調節閥全開。異物堵塞可能為氣源中含有雜質或閥門定位器自帶。應對措施：氣源線投用前進行放空吹掃，同時對定位器內部過濾器進行清理，確保投用正常。

（2）大放空、小放空閥過濾減壓閥問題排查。與廠家核實，兩臺過濾減壓閥口徑大小不同（DN20 與DN15），定壓值不同，因此，對換后引發小放空震蕩。應對措施：更換過濾減壓閥后除了按執行機構要求設定風壓外，還需對閥門進行重新校驗。

（3）阻塞排查。根據廠家提供的阻塞參數，不存在該工況。廠家提供的機組各靜葉角度下的阻塞壓力見表3，經核對不同角度下對應的軸流風機出口壓力均高于阻塞壓力。

4 結果

通過以上分析發現，旋轉失速可能性極大。軸流風機第一次運行過程中旋轉失速造成葉片損傷，第二次運行期間損傷程度發生擴展，出現3 次振動階躍，直至最后發生斷裂。大小放空閥（防喘閥）經檢修、調效后可滿足工藝要求。

5 結語

綜上所述，軸流風機動靜葉片短時間內損壞的根本原因為：廠家未提供軸流機在低靜葉角度、高轉速、長時間處于失速區工況下的運行風險，而使用單位技術及操作人員均不知道此風險，最終導致葉片損傷。

防范措施和建議：①要求廠家提供軸流機在靜葉角度14°失速區工況下的操作注意事項，更新軸流風機運行設備策略。②更新操作程序，針對煙機– 軸流機制訂開機條件確認表，該確認表應包括機組開機前對調節閥BV861、BV862和HC802進行測試，檢查定位器濾芯，確保閥門動作正常，測試防喘振系統，并在開機前完成確認。

參考文獻

[1] 張博，楊健，弋楠. 軸流式壓縮機葉片斷裂原因分析[J].鑄造技術，2017，38（3）：601-604.

[2] 婁錫彬. 軸流式壓縮機轉子葉片斷裂分析[J]. 河北化工，2008（11）：61-63.

[3] 戴義平，孟江麗，高林. 軸流式壓縮機葉片斷裂原因分析及改型設計[J]. 化工機械，2006（1）：14-19.

[4] 郭斌. 重油催化裂化裝置主風機安裝損壞事故原因分析[J]. 煉油與化工，2018，29（6）：51-52.