劉小明

(大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026000)

1 空壓機(jī)組介紹

某煤化工項(xiàng)目空分裝置一拖二機(jī)組為德國(guó)MANTURBO公司生產(chǎn)，原動(dòng)機(jī)為一臺(tái)凝氣工業(yè)汽輪機(jī)，型號(hào)為DK080/190R。汽輪機(jī)一端驅(qū)動(dòng)RIKT空壓機(jī)，空壓機(jī)為內(nèi)置換熱器多級(jí)壓縮機(jī)，其具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、噪音低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。汽輪機(jī)另一端驅(qū)動(dòng)RG增壓機(jī)，為多級(jí)多軸式離心壓縮機(jī)。汽輪機(jī)的功率為53000kW，由9.0MPa 530℃蒸汽驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為4275rpm，為保證汽輪機(jī)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)體上下缸體及閥箱進(jìn)行持續(xù)溫度監(jiān)控，同時(shí)對(duì)于軸系采用3500監(jiān)控器監(jiān)控軸振動(dòng)與溫度。其布置圖如圖1。

2 機(jī)組異常過(guò)程描述

該套機(jī)組因汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢、做功效率降低而停機(jī)進(jìn)入年度計(jì)劃?rùn)z修，檢修過(guò)程中主要工作是清除汽輪機(jī)各個(gè)部件的積垢。檢修結(jié)束后當(dāng)日02：13分，汽輪機(jī)閥箱壓力PI3-30902達(dá)到8MPa具備啟機(jī)條件，02：19分汽輪機(jī)定速920rpm，02：41分汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速定速1500rpm，持續(xù)低速暖機(jī)過(guò)程中于03：06分汽輪機(jī)雙側(cè)軸振動(dòng)VI3-30982X/Y、VI3-30980X/Y振值出現(xiàn)上漲趨勢(shì)，03：14分振值VI3-30982Y達(dá)163μm后汽輪機(jī)聯(lián)鎖停車(chē)，03：17分汽輪機(jī)收到零轉(zhuǎn)速信號(hào)。收到零轉(zhuǎn)速信號(hào)90秒后盤(pán)車(chē)自啟失敗，ITCC顯示盤(pán)車(chē)電機(jī)故障，運(yùn)行人員立即進(jìn)行手動(dòng)盤(pán)車(chē)后確認(rèn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子存在嚴(yán)重卡澀，隨即現(xiàn)場(chǎng)判斷轉(zhuǎn)子有可能出現(xiàn)局部碰磨并導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱態(tài)彎曲，安排人力現(xiàn)場(chǎng)24h留守持續(xù)嘗試手動(dòng)盤(pán)車(chē)。11：15min手動(dòng)盤(pán)車(chē)恢復(fù)，碰磨聲音消失，13：57min啟動(dòng)電動(dòng)盤(pán)車(chē)。并于當(dāng)晚22：27分再次嘗試啟動(dòng)汽輪機(jī)，機(jī)組啟動(dòng)后于22：28分定速920rpm，22：48分定速1500rpm，期間溫度及振動(dòng)正常，次日00：29分，汽輪機(jī)由1500rpm開(kāi)始升速，升速至2000rpm(一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū))時(shí)汽輪機(jī)振值VI3-30982X/Y，VI3-30980X/Y劇烈上漲直至超過(guò)120μm聯(lián)鎖停運(yùn)。停機(jī)后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單位人員共同分析判斷后，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行了900rpm低速暖機(jī)約15小時(shí)后再次嘗試升速，同樣在2000rpm左右(一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū))時(shí)汽輪機(jī)雙側(cè)軸振值VI3-30982X/Y，VI3-30980X/Y劇烈上漲直至超過(guò)120μm聯(lián)鎖停運(yùn)。

圖1 空壓機(jī)組布置示意圖

3 機(jī)組異常判斷與分析

機(jī)組首次跳車(chē)原因?yàn)槠啓C(jī)低速暖機(jī)過(guò)程中雙側(cè)四點(diǎn)位軸振動(dòng)突發(fā)增漲后觸發(fā)聯(lián)鎖跳車(chē)。經(jīng)對(duì)機(jī)組的軸振動(dòng)趨勢(shì)分析，3：14分跳車(chē)時(shí)汽輪機(jī)軸振四通道全部升高，跳車(chē)后惰走過(guò)程隨轉(zhuǎn)速下降四通道振動(dòng)值同步恢復(fù)正常，后期幾次嘗試起機(jī)過(guò)程中均為機(jī)組過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)附近突發(fā)振動(dòng)增漲造成聯(lián)鎖停車(chē)，儀表專(zhuān)業(yè)停機(jī)后對(duì)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)回路進(jìn)行了阻值測(cè)量和絕緣測(cè)試均顯示正常，首先排除振動(dòng)探頭及傳感顯示異常原因。

經(jīng)查汽輪機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)上下缸體溫度監(jiān)測(cè)值在首次啟機(jī)低速暖機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)較大異常。自2：13分～3：01分區(qū)間過(guò)程內(nèi)，機(jī)組運(yùn)行持續(xù)穩(wěn)定，此過(guò)程內(nèi)上下缸體溫度顯示同步上漲，汽輪機(jī)上缸溫度TI3-30905顯示122℃，下缸溫度TI3-30906顯示113℃，且此過(guò)程溫差持續(xù)保持在9℃左右。3：01分以后汽輪機(jī)下缸溫度TI3-30906開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，上缸溫度不斷上升，上下缸溫差不斷開(kāi)始擴(kuò)大，03：06分上缸溫度上升至127℃，下缸溫度降至111℃，上下缸溫差擴(kuò)大到16℃，振值VI3-30982X/Y、VI3-30980X/Y同步開(kāi)始出現(xiàn)上漲。03：16分后下缸溫度TI3-30906開(kāi)始大幅下降，至03：33分下缸溫度下降至71℃，此時(shí)上缸溫度151℃，上下缸溫差達(dá)80℃。進(jìn)一步對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)頻譜進(jìn)行分析，跳車(chē)前3：10分左右一倍頻迅速升高，此時(shí)二倍頻沒(méi)有明顯的變化，3：12分一倍頻出現(xiàn)明顯上升。相應(yīng)時(shí)段內(nèi)汽輪機(jī)軸心軌跡出現(xiàn)明顯的8字形態(tài)。

圖2 機(jī)組首次啟機(jī)過(guò)程中汽輪機(jī)雙側(cè)四通道振動(dòng)趨勢(shì)

基于上述判斷分析，首次機(jī)組跳車(chē)后，立即安排運(yùn)行操作人員對(duì)汽輪機(jī)缸體疏水系統(tǒng)進(jìn)行了全面排查，發(fā)現(xiàn)高壓缸疏水管路手動(dòng)閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。根據(jù)缸體溫度變化分析，確定由于低速暖機(jī)過(guò)程中，高壓缸疏水管路未投用導(dǎo)致機(jī)組缸內(nèi)排凝不暢造成積液，下缸及轉(zhuǎn)子出現(xiàn)急冷變形導(dǎo)致局部碰磨從而導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)值聯(lián)鎖跳車(chē)。

原因分析明確后，狀態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)人員、機(jī)組技術(shù)管理人員進(jìn)行了充分討論達(dá)成一致處理意見(jiàn)：在機(jī)組停機(jī)后堅(jiān)持手動(dòng)盤(pán)車(chē)，直至機(jī)組碰磨現(xiàn)象全部消失后恢復(fù)電動(dòng)盤(pán)車(chē)，并可嘗試再次啟動(dòng)，但需要充分延長(zhǎng)低速暖機(jī)時(shí)間以盡最大可能在線消除轉(zhuǎn)子熱彎曲狀態(tài)，同時(shí)密切關(guān)注機(jī)組各參數(shù)變化，做好急停準(zhǔn)備，確保機(jī)組不出現(xiàn)破壞性故障。但在隨后的2次啟機(jī)過(guò)程中，均在機(jī)組升速至2000rpm左右(一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū))時(shí)汽輪機(jī)雙側(cè)軸振值VI3-30982X/Y，VI3-30980X/Y劇烈上漲直至超過(guò)120μm聯(lián)鎖停運(yùn)。由此可見(jiàn)轉(zhuǎn)子應(yīng)該出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的碰磨，造成動(dòng)平衡破壞及永久性彎曲，決定對(duì)機(jī)組進(jìn)行降溫拆檢。

圖3 汽輪機(jī)上下缸體溫度與轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)趨勢(shì)

圖4 汽輪機(jī)振動(dòng)頻譜圖

圖5 汽輪機(jī)與空壓機(jī)連端軸心軌跡圖

4 機(jī)組拆檢情況及故障處理

經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)的汽封、軸瓦、油封，發(fā)現(xiàn)以上3處均有嚴(yán)重碰磨痕跡，尤其以汽輪機(jī)高壓缸平衡活塞汽封摩擦最為嚴(yán)重，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)嚴(yán)重水銹痕跡，轉(zhuǎn)子平衡活塞處的最大跳動(dòng)量為0.1mm，遠(yuǎn)超原廠要求的0.02mm內(nèi)范圍。高壓缸內(nèi)缸體出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的急冷變形。拆檢發(fā)現(xiàn)的故障狀態(tài)與問(wèn)題分析結(jié)論一致。

圖6 轉(zhuǎn)子水銹痕跡明顯

圖7 平衡活塞汽封磨損嚴(yán)重

對(duì)轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行校直處理，而常見(jiàn)的校直方法有2種，一種是逆向加熱整體保溫校直，另一種為車(chē)削校直，而最迅速的方法就是車(chē)削校直，彎曲量較小，一般在0.5mm內(nèi)可采用車(chē)削校直，修復(fù)全部汽封后并對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速動(dòng)平衡。由于內(nèi)缸體存在2mm的變形量，通過(guò)直接機(jī)加工的方式解決即金屬切削及重新鉸孔的方法進(jìn)行修復(fù)，磨平內(nèi)缸體的中分面，原銷(xiāo)孔進(jìn)行擴(kuò)孔定位，機(jī)組修復(fù)后正常運(yùn)行。

5 問(wèn)題反思與改進(jìn)

(1)嚴(yán)格大型機(jī)組檢修交生產(chǎn)程序辦理，明確檢修交生產(chǎn)各項(xiàng)條件，對(duì)檢修后機(jī)組交出的檢修質(zhì)量驗(yàn)收表、機(jī)組檢修工藝包各項(xiàng)過(guò)程數(shù)據(jù)的分級(jí)審核、機(jī)組各儀表點(diǎn)位的單點(diǎn)測(cè)試、回路測(cè)試清單及數(shù)據(jù)復(fù)核、外委單位的各項(xiàng)試驗(yàn)質(zhì)量證明文件、過(guò)程隱蔽工程影響資料自查等均納入檢修交生產(chǎn)管理細(xì)則中，并將各項(xiàng)工作進(jìn)行分級(jí)明確，確認(rèn)各級(jí)管理人員職責(zé)。

(2)嚴(yán)格大型機(jī)組啟動(dòng)條件確認(rèn)。對(duì)大型機(jī)組的操作卡進(jìn)行修訂，范圍覆蓋各點(diǎn)位、閥門(mén)、管路。對(duì)真空系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、主機(jī)部分、油系統(tǒng)、工藝系統(tǒng)部分進(jìn)行拆分細(xì)化，明確出各項(xiàng)檢查、操作條件的具體步驟與細(xì)化。對(duì)于操作卡部分進(jìn)行分重點(diǎn)、有主次的級(jí)別確認(rèn)。對(duì)于影響機(jī)組安全的部分更要升級(jí)審核確認(rèn)，切實(shí)抓好操作人員、管理人員的各級(jí)履職與管理側(cè)重點(diǎn)。

(3)重新優(yōu)化大機(jī)組聯(lián)鎖設(shè)置，對(duì)于影響大機(jī)組安全運(yùn)行的監(jiān)控點(diǎn)位進(jìn)行報(bào)警或聯(lián)鎖設(shè)置。對(duì)僅作為監(jiān)測(cè)但實(shí)際發(fā)生偏差造成的影響大、破壞力強(qiáng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位重點(diǎn)開(kāi)展預(yù)警完善工作。

(4)大型機(jī)組啟機(jī)，設(shè)置專(zhuān)項(xiàng)啟機(jī)小組，避免各操作班組交接班過(guò)程造成的交接落項(xiàng)、重復(fù)確認(rèn)、標(biāo)準(zhǔn)不一等人為問(wèn)題，確保大機(jī)組啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、人員全過(guò)程跟蹤、責(zé)任明確、分工清晰。

(5)提倡如無(wú)特殊情況，盡量避免夜間執(zhí)行大機(jī)組啟動(dòng)及重要操作工作，避免人員麻痹、意識(shí)不清等造成的人為失誤。