王福山，魏曉紅

（1.錦西石化分公司催化氣分車間，遼寧 葫蘆島 125001;2.錦州石化分公司焦化車間，遼寧 錦州 121001）

煙氣輪機(jī)是催化裝置的主要能量回收設(shè)備，其作用是利用再生煙氣的熱能和壓力能膨脹做功以帶動(dòng)主風(fēng)機(jī)運(yùn)行。由于它和主風(fēng)機(jī)同軸連接，其運(yùn)行平穩(wěn)將直接影響整個(gè)裝置的安全運(yùn)行。因此，煙氣輪機(jī)成為催化裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一。

錦西石化分公司100萬t/年催化裂化裝置于2003年9月完成擴(kuò)能改造，能量回收機(jī)組采用煙氣輪機(jī)、離心壓縮機(jī)、電機(jī)（三機(jī)）同軸布置。煙機(jī)型號(hào)為YLⅡ—6000A(雙級(jí)煙氣輪機(jī))，離心壓縮機(jī)型號(hào)為MCL-1004，電機(jī)型號(hào)為YK3200-2/1180，額定功率3 200kW，增速機(jī)型號(hào)為GJD-350-2500/1.896。煙氣輪機(jī)為兩級(jí)透平，采用軸向進(jìn)氣懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在煙機(jī)運(yùn)行期間，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)一些振動(dòng)問題，對(duì)催化三機(jī)組長周期運(yùn)行有一定的影響。

一、煙氣輪機(jī)機(jī)組振動(dòng)原因分析

1.振動(dòng)特性

在考核煙機(jī)運(yùn)行狀況的指標(biāo)中，煙機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)值是一個(gè)重要的指標(biāo)。統(tǒng)計(jì)資料表明，絕大多數(shù)煙機(jī)不能正常運(yùn)行都是由振動(dòng)所致。其主要原因是：①煙機(jī)轉(zhuǎn)子屬懸臂結(jié)構(gòu)，輪盤部分質(zhì)量較大，整個(gè)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性差。②煙機(jī)的工作介質(zhì)是再生煙氣，不僅溫度高，而且還含有一定濃度的催化劑顆粒。③輪盤冷卻和密封用1MPa蒸汽易凝結(jié)成水。④煙機(jī)為直動(dòng)式，轉(zhuǎn)速較高。

基于上述原因，煙機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)值一般比壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)值大且難以控制。但煙機(jī)結(jié)構(gòu)及密封要求所允許的振動(dòng)值又比較小(通常要求煙機(jī)轉(zhuǎn)子的振幅不大于80μm)。

2.原因分析

（1）粉塵堆積結(jié)垢或顆粒沖蝕

煙機(jī)解體檢查可以發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)子及兩級(jí)輪盤腔內(nèi)有比較嚴(yán)重的粉塵堆積和結(jié)垢，葉片上有白色的催化劑沉積。這些堆積使得轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡造成破壞，進(jìn)而引起機(jī)組軸振動(dòng)增加。

（2） 機(jī)組對(duì)中誤差

如果轉(zhuǎn)子的2X倍頻譜發(fā)生較大變化成為主導(dǎo)振動(dòng)頻率，則對(duì)中不良產(chǎn)生的機(jī)組振動(dòng)為主要因素。

（3）動(dòng)靜體零件碰磨產(chǎn)生振動(dòng)

2008年3月，煙機(jī)因前軸承振動(dòng)由14.4μm急劇上升至51μm，后軸承振動(dòng)由24.6μm上升至43μm，煙機(jī)機(jī)殼振動(dòng)烈度最大為11.4mm/s而被迫停機(jī)進(jìn)行檢修。拆檢后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子輪盤軸頸與氣封環(huán)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，輪盤軸頸產(chǎn)生溝痕，一級(jí)、二級(jí)氣封環(huán)嚴(yán)重變形，氣封環(huán)一側(cè)梳齒密封片因磨損需要全部更換。

（4）出、入口管線變形

入口與過渡機(jī)殼相連接的管線變形及法蘭平面產(chǎn)生扭曲都會(huì)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生影響。設(shè)備安裝時(shí)若通過外力強(qiáng)行將管線與機(jī)體連接就會(huì)產(chǎn)生機(jī)殼局部翹曲變形，內(nèi)部轉(zhuǎn)子與機(jī)殼產(chǎn)生碰撞或氣流振蕩，導(dǎo)致外部貓爪螺栓受力變形。

（5） 運(yùn)行工況不穩(wěn)定

當(dāng)運(yùn)行工況不穩(wěn)定時(shí)，煙氣流量和速度的變化可導(dǎo)致催化劑粉塵顆粒大小、速度不一致。粉塵顆粒足夠大時(shí)，其動(dòng)能可能對(duì)葉片材料造成實(shí)質(zhì)性沖蝕。因此，粉塵顆粒大小以及速度是影響沖蝕的重要因素。

3.煙機(jī)振動(dòng)狀態(tài)圖譜分析

在催化裝置三機(jī)組上安裝的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)S8000可以通過捕捉各種狀態(tài)信號(hào)，在計(jì)算機(jī)上可以快速準(zhǔn)確地了解機(jī)組的運(yùn)行狀況，便于對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢測并分析各項(xiàng)參數(shù)。

（1）振動(dòng)狀態(tài)軸心軌跡分析

2010年5月21日煙機(jī)振動(dòng)開始上升，前振SISA701/1由34μm上升到42μm，后振SISA701/3由66μm上升到78μm，煙機(jī)機(jī)殼振動(dòng)烈度最大為5.68mm/s，對(duì)振動(dòng)狀況較嚴(yán)重的煙機(jī)4個(gè)通道進(jìn)行監(jiān)測，得到前軸和后軸的軸心軌跡圖，分別見圖1、圖2。

從圖中可以看出，圖1軸心軌跡呈橢圓形，圖2表現(xiàn)出明顯的不穩(wěn)定狀態(tài)，軌跡較凌亂，呈現(xiàn)出輕微的8字形。

轉(zhuǎn)子軸心軌跡呈橢圓或“8”字形的形狀符合煙機(jī)組的轉(zhuǎn)子不平衡，轉(zhuǎn)子不對(duì)中，動(dòng)靜體零件因碰撞產(chǎn)生磨損和軸承瓦隙大、軸承瓦力不足等的振動(dòng)故障識(shí)別特征，具體情形還需進(jìn)一步分析。

（2）振動(dòng)狀態(tài)頻譜圖分析

YLⅡ-6000A機(jī)組的頻譜圖為正弦波，頻譜的主要組成頻率為工頻。煙機(jī)前后軸振動(dòng)測點(diǎn)的頻譜圖分別見圖3、圖4。

從各圖中可以看出，前軸軸振測點(diǎn)XISA701/1和后軸軸振測點(diǎn)XISA701/3只有一倍頻增長的快些，其他倍頻及諧波變化不大。

由于各通道振動(dòng)成分分布狀況主要成分為工頻，所以判斷主要是催化劑粉塵結(jié)垢導(dǎo)致的動(dòng)不平衡。

4.結(jié)論

針對(duì)催化裝置煙機(jī)工況特點(diǎn)及查看狀態(tài)圖譜，可知煙機(jī)的振動(dòng)是由催化劑的結(jié)垢不均勻和垢污脫落所形成的動(dòng)不平衡而引起的，而催化劑的結(jié)垢明顯與輪盤冷卻蒸汽的溫度有關(guān)。因?yàn)榈蛪赫羝芫W(wǎng)用戶較多，尤其是白天與夜晚相差較大，蒸汽的溫度無法保證。因此，根本不需要停機(jī)檢修，只要保證蒸汽的正常溫度，煙機(jī)的振動(dòng)值就會(huì)回落、穩(wěn)定。之后，車間進(jìn)行調(diào)整，煙機(jī)振動(dòng)值回落到之前的最高值68μm，運(yùn)行非常平穩(wěn)。

二、改進(jìn)措施

1.嚴(yán)格控制煙機(jī)入口溫度

嚴(yán)格控制再生器的溫度不大于700℃，控制煙機(jī)的入口溫度在(655±5)℃，避免超溫對(duì)煙機(jī)壽命的影響。

2.提高輪盤冷卻蒸汽品質(zhì)

如果蒸汽溫度低或帶水，則不僅可導(dǎo)致輪盤溫度波動(dòng)大，而且可造成水擊，引起機(jī)體振動(dòng)或機(jī)組各點(diǎn)膨脹不均勻，造成葉片松動(dòng)和催化劑的堆積等，由此影響機(jī)組的動(dòng)平衡，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)加大。盡量提高蒸汽溫度，并加強(qiáng)蒸汽脫水處理，杜絕蒸汽帶水現(xiàn)象發(fā)生。

3.提高控制、保護(hù)系統(tǒng)可靠性

對(duì)于煙氣輪機(jī)來說，最危險(xiǎn)的工況是超速。為此，在每次開機(jī)前，仍需嚴(yán)格對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)試。

4.提高煙機(jī)運(yùn)行效率

①在不影響兩器(反應(yīng)器、再生器)壓力及平穩(wěn)操作的情況下，盡量增大煙氣輪機(jī)入口蝶閥開度以提高煙氣輪機(jī)入口流量，減少旁路流量。②在不超溫、不超壓的前提下，盡量提高煙氣輪機(jī)入口壓力和溫度使煙氣輪機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)附近工作。③盡可能保證兩器、三旋的平穩(wěn)操作，盡量降低煙氣輪機(jī)入口煙氣的催化劑粉塵濃度。④在滿足系統(tǒng)用風(fēng)需要的情況下，及時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的負(fù)荷。⑤在保證能量回收機(jī)組不超速的情況下，盡可能降低雙動(dòng)滑閥的開度，增大進(jìn)入煙機(jī)的氣流量以提高煙機(jī)的做功能力。

三、結(jié)論

煙機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是催化裝置優(yōu)質(zhì)平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，是裝置節(jié)能降耗的關(guān)鍵點(diǎn)。通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷對(duì)煙機(jī)振動(dòng)進(jìn)行分析，做出正確的決策，把煙機(jī)事故消滅在萌芽狀態(tài)，為今后大機(jī)組設(shè)備的管理積累了經(jīng)驗(yàn)，是保證設(shè)備連續(xù)、安全、可靠、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要技術(shù)手段。

[1]沈慶根.化工機(jī)器故障診斷技術(shù)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1994.

[2]張碧波.設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2007.