王秋菊

大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧大連 116035

煙氣輪機(jī)結(jié)垢分析與干預(yù)

王秋菊

大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧大連 116035

通過對(duì)重油催化裂化的能量回收機(jī)組長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)分析，總結(jié)了煙氣輪機(jī)催化劑結(jié)垢的振動(dòng)分析方法，并且把分析方法應(yīng)用于煙機(jī)運(yùn)行中，采取相應(yīng)的干預(yù)措施，提高了煙機(jī)運(yùn)行的周期。

煙氣輪機(jī)；振動(dòng)監(jiān)測(cè)；故障診斷

煉油設(shè)備中，催化裂化(FCC)裝置的能量回收機(jī)組因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況條件，要想達(dá)到“安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)”地運(yùn)行，并非易事。特別是煙氣輪機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷分析工作就顯得尤為突出。怎樣用振動(dòng)監(jiān)測(cè)的手段來實(shí)時(shí)掌握煙機(jī)內(nèi)部的狀況，是機(jī)械故障診斷學(xué)科一直研究的課題。究其原因，煙機(jī)作為熱機(jī)又不同于汽輪機(jī)，其工作介質(zhì)為氣固兩相流，對(duì)煙機(jī)的轉(zhuǎn)子，輪盤和葉片沖蝕結(jié)垢等影響很大，沖蝕直接破壞葉片輪盤；結(jié)垢雖然不直接破壞轉(zhuǎn)子，但結(jié)垢會(huì)破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，引起轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。筆者對(duì)煙機(jī)進(jìn)行全方位的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)分析，總結(jié)了煙機(jī)催化劑結(jié)垢的分析方法，并討論了防治對(duì)策。

1 煙機(jī)簡(jiǎn)介

筆者以某廠350萬噸／年重油催化裂化聯(lián)合裝置中的能量回收機(jī)組中的煙機(jī)為研究對(duì)象，該煙機(jī)為引自美國(guó)Dress-Rand公司36000kW的E-156型單級(jí)透平機(jī)組。E-156煙機(jī)為懸臂結(jié)構(gòu)，工作介質(zhì)為煙氣(主要成分是焦炭微粒、催化劑粉塵及CO，CO2，O2，N2和H2O氣體)的氣固兩相流。煙機(jī)主要工作過程是絕熱過程完成膨脹，高溫高壓煙氣焓降很大，能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以及發(fā)電機(jī)發(fā)電，其主要技術(shù)參數(shù)見表1：

表1 煙氣輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2 煙機(jī)的監(jiān)測(cè)方式

2.1 相對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)

煙氣輪機(jī)(簡(jiǎn)稱煙機(jī))組相對(duì)監(jiān)測(cè)方式如圖1所示。在①到⑩軸承上安裝了非接觸式的電渦流傳感器，實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)子的位移信號(hào)。軸承①處兩徑向通道互成90°角，與水平中分面成45°角，信號(hào)1V1X、信號(hào)1V1Y兩個(gè)通道，其他軸承同理。在煙機(jī)的軸向有軸向位移信號(hào)1V2Z。

圖1 FCC能量回收機(jī)組監(jiān)測(cè)方式

2.2 絕對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)

煙機(jī)絕對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方式，軸承箱體絕對(duì)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)分布如圖2所示。

圖2 煙機(jī)絕對(duì)振動(dòng)監(jiān)測(cè)

通常在做振動(dòng)分析時(shí)要依據(jù)振動(dòng)的大小繪制振動(dòng)分布圖即振型分析圖，如圖3所示。振型分析圖是先按照測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值大小和方向繪制有向線段，之后用平滑的虛線連接，根據(jù)振動(dòng)的趨勢(shì)，把虛線的收斂端延長(zhǎng)交匯到一點(diǎn)，一般該點(diǎn)振動(dòng)值最小(振動(dòng)烈度值為0)稱為振動(dòng)鉸節(jié)點(diǎn)。

圖3 煙機(jī)絕對(duì)振動(dòng)振型分析圖

3 E-156煙機(jī)監(jiān)測(cè)過程

筆者對(duì)某廠的350萬噸/年重油催化裝置的E-156煙機(jī)進(jìn)行了長(zhǎng)期的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，中間2次解體進(jìn)行處理，同時(shí)也印證了振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析的結(jié)果。

煙機(jī)開機(jī)后大約半年之內(nèi),絕對(duì)振動(dòng)不斷增加,如圖4所示,主要是工頻的增長(zhǎng)。絕對(duì)振動(dòng)已達(dá)22mm/s,不得不停機(jī)進(jìn)行檢查。

圖4 煙機(jī)1H測(cè)點(diǎn)絕對(duì)振動(dòng)趨勢(shì)圖

與此相應(yīng)的相對(duì)振動(dòng)的趨勢(shì)如圖5所示，相對(duì)振動(dòng)的趨勢(shì)表現(xiàn)出一定的無規(guī)則性，但是其變化主要是工頻變化引起的，有時(shí)出現(xiàn)了絕對(duì)振動(dòng)很大，相對(duì)振動(dòng)反而減小的情況。

圖5 煙機(jī)1V1X信號(hào)相對(duì)振動(dòng)趨勢(shì)圖

煙機(jī)大渦殼的絕對(duì)振動(dòng)趨勢(shì)如圖6所示，表現(xiàn)得與1H測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)振動(dòng)趨勢(shì)有很明顯的一致性。

圖6 煙機(jī)大渦殼絕對(duì)振動(dòng)趨勢(shì)圖

因?yàn)榻^對(duì)振動(dòng)傳感器的振動(dòng)速度頻響范圍是10～1000Hz，而加速度頻響范圍可以達(dá)到10kHz，葉片通過頻率是62.5Hz×63=3937.5Hz，所以測(cè)量1H測(cè)點(diǎn)的加速度，可以得到葉片通過頻率的振動(dòng)幅值，其趨勢(shì)如圖7所示。

圖7 煙機(jī)1H測(cè)點(diǎn)絕對(duì)振動(dòng)加速度葉片通過頻率趨勢(shì)圖

對(duì)圖7中的12/2(結(jié)垢嚴(yán)重時(shí))測(cè)量值進(jìn)行頻譜分析如圖8所示，葉片通過頻率幅值比剛開機(jī)小了，通過頻率兩側(cè)出現(xiàn)很大頻率范圍的諧波，因?yàn)榻Y(jié)垢的不均衡性，振動(dòng)能量也分散了。

圖8 煙機(jī)1H測(cè)點(diǎn)頻譜(結(jié)垢嚴(yán)重)

煙機(jī)停機(jī)解體后，發(fā)現(xiàn)在動(dòng)葉片頂，導(dǎo)葉之間，動(dòng)葉間結(jié)滿了催化劑，且動(dòng)葉頂與V帶有明顯的碰摩痕跡。催化劑結(jié)垢如圖9所示。

圖9 催化劑在煙機(jī)動(dòng)葉間形成的結(jié)垢

對(duì)圖7中12/4(清掃后重新開機(jī))測(cè)量值進(jìn)行頻譜分析，結(jié)果如圖10所示。葉片通過頻率主要集中在葉片通過頻率上。

圖10 煙機(jī)1H測(cè)點(diǎn)頻譜(清掃后重新開機(jī))

對(duì)煙機(jī)振動(dòng)畫出振型圖，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)鉸節(jié)點(diǎn)在不斷地、無規(guī)則地變化。對(duì)以上分析的總結(jié)見表2：

表2

4 催化劑結(jié)垢過程的干預(yù)

4.1 催化劑結(jié)垢過程的干預(yù)措施

(1)控制催化裂化原料和催化劑的金屬含量。

(2)監(jiān)測(cè)催化劑粒度,調(diào)整三旋效率不可過高也不可過低,過高導(dǎo)致微塵粒度過小,在10um以下,易結(jié)垢，但與水汽相結(jié)固、氣(水氣、煙氣)相結(jié)而成結(jié)垢。

(3)優(yōu)化煙機(jī)工況：煙機(jī)輪盤蒸汽要確保過熱度，避免水蒸汽中含有Ca，Mg，F(xiàn)e，Na等化合物雜質(zhì)；提高再生效果，減少催化劑細(xì)粉中膠質(zhì)的粘連。部分再生裝置應(yīng)優(yōu)化再操作條件和催化劑進(jìn)口位置，同時(shí)控制煙氣中CO的含量，避免由于CO發(fā)生歧化反應(yīng)形成黑垢或者灰垢。

(4)向煙機(jī)打入核桃皮，沖刷催化劑結(jié)塊。

4.2 催化劑結(jié)垢過程的干預(yù)

將上述干預(yù)措施與振動(dòng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，取得最優(yōu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定個(gè)性化的正旋效率控制方案。通過長(zhǎng)期的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，基本上掌握了該E-156煙機(jī)的工況優(yōu)化參數(shù)，使煙機(jī)的運(yùn)行周期由半年提高到1年，目前運(yùn)行基本穩(wěn)定，振動(dòng)也沒有明顯的上長(zhǎng)趨勢(shì)。

5 結(jié)束語

重油催化裂化時(shí)催化劑在煙氣輪機(jī)內(nèi)部結(jié)垢會(huì)嚴(yán)重影響煙機(jī)的運(yùn)行,運(yùn)用振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障分析的方法,對(duì)煙機(jī)內(nèi)部催化劑結(jié)垢的情況進(jìn)行分析,同時(shí)及時(shí)調(diào)整工況和其他干預(yù)措施,可以提高煙機(jī)運(yùn)行的周期。

[1] 黃文虎.設(shè)備故障診斷原理、技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1996

[2] 盛兆順，尹琦嶺.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

Analysis and intervention of scale formation in fl ue gas turbine

Wang Qiuju
Dalian vocational technical college, Dalian, 116035, China

Vibration analysis of catalyst scale formation in fl ue gas turbine is summarized by monitoring energy recovery sets in heavy oil FCC for a long time. The analytical method is used in the fl ue gas turbine. Some appropriate measures are taken and the running cycle of the turbine is improved.

fl ue gas turbine; vibration monitoring; fault diagnosis

2010-12-13

王秋菊，碩士，講師。