張夢哲　劉廣于　李鐵生　左興堂　楊會永

摘 要：針對某公司供熱改造工程中，新建背壓機組在調(diào)試及試運行過程中暴露出的問題進行了梳理分析，并采取了有針對性的應對策略，最終實現(xiàn)了該機組的靈活啟停和穩(wěn)定運行，滿足了生產(chǎn)需求。

關鍵詞：汽輪機;振動;動平衡;調(diào)試

中圖分類號：TM311? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）11-0065-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.018

0? ? 引言

某公司根據(jù)生產(chǎn)需求對現(xiàn)有的分軸式CCPP機組進行了供熱改造，新建一座15 MW背壓式汽輪機組，可在采暖季通過原燃機余熱鍋爐產(chǎn)生的高溫、次高壓蒸汽進入背壓式汽輪機發(fā)電，并向蒸汽管網(wǎng)提供低壓蒸汽。

該工程所選用汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)的LB15-5.5/0.981/525型背壓式汽輪機，發(fā)電機為山東濟南發(fā)電設備廠有限公司生產(chǎn)的QF-15-2型汽輪發(fā)電機，機組采用北京和利時公司生產(chǎn)的DCS控制系統(tǒng)，可滿足冷態(tài)、穩(wěn)態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)的啟動要求。

機組安裝完成后，對系統(tǒng)進行了整套調(diào)試工作（包括分系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試、整套熱態(tài)調(diào)試）和帶負荷試運行試驗，過程中暴露了若干問題，經(jīng)過運行單位、調(diào)試單位、建設安裝單位的協(xié)同研討，進行了有針對性的調(diào)整和優(yōu)化，最終系統(tǒng)各設備運行穩(wěn)定、啟停靈活，能滿足生產(chǎn)需要?，F(xiàn)將調(diào)試過程中部分問題的原因分析及解決策略整理如下。

1? ? 存在問題

1.1? ? 上下缸溫差大

15 MW背壓式機組調(diào)試過程中，機組停機惰走后存在上下缸溫差大的現(xiàn)象（其上下缸溫差顯示為50 ℃以上，而啟機要求上下缸溫差小于50 ℃），不符合再次快速啟機要求。需要延長暖機，并通過夾層加熱系統(tǒng)以主蒸汽分流增熱才可縮小上下缸溫差，以滿足啟機要求。

1.2? ? 啟動過程振動值大

在背壓式機組啟動過程中，存在1#、2#、4#軸振較大的現(xiàn)象，振動情況如表1所示。

其中，2# X/Y軸振在機組啟動過程中均存在較高現(xiàn)象，曾兩次因振動值過高而跳機;定速3 000 r/min后振動值稍穩(wěn)，但帶負荷后該處軸振值呈周期性波動。

4# X軸振在機組啟動過程中經(jīng)過臨界值（2 200 r/min）時仍正常，但在2 600 r/min升至3 000 r/min過程中振動值偏大，且定速3 000 r/min后仍未下降，但未至報警值。

2? ? 原因分析和梳理

2.1? ? 針對上下缸溫差大的原因分析

（1）背壓機組啟動時，對空排汽管道與外界空氣相通，機組對空排汽管道出口高度（9.4 m）與機組中心線高度（8.75 m）處于同一水平，其高度差未能形成煙囪效應，且前軸封Ⅰ段撤汽、Ⅰ段門桿漏汽直接與背壓機排汽管道連接，增加了串入外界冷空氣的可能。另一方面，汽缸本體疏水管道均連接至2#疏水擴容器，前軸封Ⅱ段撤汽、后軸封Ⅰ段撤汽與1#疏水擴容器連接，疏水擴容器與外界空氣相通，機組停機均打開本體疏水，前幾次操作中軸封撤汽閥門亦未關閉，存在外界空氣通過上述兩處管道反串至汽缸的可能，造成下缸溫度下降相對較快的現(xiàn)象。（2）該機組汽缸設有持環(huán)，安裝有多級隔板，將汽缸分為內(nèi)外雙層汽缸。夾層加熱系統(tǒng)的作用是在機組冷態(tài)啟動時將主蒸汽引入持環(huán)與汽缸之間的夾層，使汽缸整體溫度沿軸向趨于均勻，控制手段是通過調(diào)整夾層進汽流量來控制加熱速度。但該機組夾層加熱系統(tǒng)與汽輪機下缸體疏水共用一根管道，夾層加熱系統(tǒng)投入時，易導致汽缸疏水不良;若不投入夾層加熱系統(tǒng)，則無法有效降低上下缸溫差，無法在較短時間內(nèi)快速重啟機組，延長了啟動時間。針對該問題需采取應對策略。

2.2? ? 針對各瓦振動值大的原因分析

2.2.1? ? 初步檢查分析及調(diào)整

待盤車結(jié)束、潤滑油停轉(zhuǎn)后，安裝團隊拆卸前后軸承箱及4#軸瓦，檢查主軸及軸瓦磨損情況，發(fā)現(xiàn)1#、2#軸瓦處主軸均有均勻分布的細小磨痕，屬于正常運行磨損范圍。2#瓦上半有若干細小磨痕，呈現(xiàn)為右側(cè)劃痕較深、左側(cè)非常淺的情況，表明其振動存在不均勻性。4#軸瓦處主軸磨損痕跡密集均勻且細小，經(jīng)過觸摸發(fā)現(xiàn)其磨痕旋轉(zhuǎn)周期中深淺程度亦有差異，可見主軸轉(zhuǎn)動周期中振動分布不均勻。

結(jié)合上述拆解檢查和對啟機操作過程的研討，進行初步分析和調(diào)整：（1）2# X/Y軸振在啟機過程中較高，初步分析原因可能為：兩次2#軸振高導致跳機，均在嚴密性試驗主蒸汽供汽切斷后，背壓機失速惰走，對空排汽電動閥未關閉，存在外界空氣通過對空排汽管道反串入背壓機的可能，則可能導致2#軸瓦主軸局部受冷，發(fā)生臨時性形變。充分暖機后消除，即可繼續(xù)啟機，運行過程中該值較穩(wěn)定。（2）4# X軸振在經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速后，自2 600 r/min升速至3 000 r/min過程中，值偏高，初步分析其原因可能為軸瓦間隙及緊力調(diào)整不佳。拆解檢查后，安裝團隊對4#軸瓦進行轉(zhuǎn)子間隙及緊力檢查，并進行調(diào)整優(yōu)化。調(diào)整后再次開機，但開機后仍表現(xiàn)為2 600 r/min后振動值顯著上升，即上述優(yōu)化調(diào)整無效。

2.2.2? ? 4#軸振值大的進一步分析

針對上述異常情況，分別對3#軸瓦（發(fā)電機驅(qū)動側(cè)）和4#軸瓦（發(fā)電機勵磁側(cè)）X/Y方向四個通道的振動信息進行采集，其振動幅值及相位如表2所示。針對4#軸瓦振動的X/Y方向時域和頻域分析圖采集如圖1和圖2所示。

綜合分析表2和圖1、圖2可得：

（1）時域呈現(xiàn)較為規(guī)則的簡諧波，頻譜分析中顯示振動主要集中在一倍頻;（2）振動趨勢圖顯示，振動穩(wěn)定、相位穩(wěn)定，振動對負荷不敏感，振動隨轉(zhuǎn)速的增加而增大;（3）徑向振動大，根據(jù)上述分析判斷轉(zhuǎn)子軸系存在動不平衡，決定對轉(zhuǎn)子軸系做在線動平衡。

3? ? 解決思路及落實措施

3.1? ? 啟停操作方案針對性優(yōu)化

經(jīng)過原因分析和梳理，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)設計存在外界空氣串入機組缸體內(nèi)，導致上下缸溫差大的問題，以及轉(zhuǎn)子局部受冷進而導致2#軸瓦振動值高的問題。現(xiàn)階段對機組進行結(jié)構性改造不符合調(diào)試工作的需要，故針對機組啟停操作做如下優(yōu)化調(diào)整。

3.1.1? ? 開機過程中的操作調(diào)整

（1）啟動前，打開前后軸封撤汽至疏水罐手動門;打開本體/管道7個疏水氣動門;軸加風機定速3 000 r/min后再啟動，溫態(tài)/熱態(tài)尤其要注意，過早啟動會引起轉(zhuǎn)子局部受冷彎曲。

（2）夾層加熱系統(tǒng)可控制缸溫差、機組正脹差，操作過程中一次門全開，二次門現(xiàn)場手動調(diào)整開度。

1）盤車狀態(tài)下，如缸溫差大，可投入夾層加熱，投入過程中注意盤車狀態(tài)，主汽壓力宜<2.0 MPa，手動緩慢調(diào)整二次門開度，避免機組升速。2）在線切換冷態(tài)啟動過程中，因主汽溫度較高，沖轉(zhuǎn)后需投入夾層加熱系統(tǒng)控制脹差;為保證缸體疏水通暢，暖機時需間斷性退出加熱蒸汽。具體操作如下：投入夾層加熱10 min，加快汽缸膨脹;退出夾層加熱10 min，保證疏水通暢。3）溫態(tài)、熱態(tài)啟動過程中，視脹差情況投入夾層加熱。如脹差>+3.0 mm，間斷性投入夾層加熱，如下缸溫升正常，缸溫差穩(wěn)定，可適當延長加熱蒸汽投入時間。

（3）機組啟動過程中需重點控制正脹差增大問題，同時應控制主汽參數(shù)尤其是主汽溫度穩(wěn)定;機組并網(wǎng)后，緩慢提升燃機負荷（宜每10～15 min提升1 MW），如脹差>+3.0 mm，投入夾層加熱加快熱膨脹。

3.1.2? ? 停機過程中的操作調(diào)整

（1）機組負荷低至2 MW，開本體3個疏水（調(diào)節(jié)閥汽室、汽缸下半進汽室、汽缸下半夾層），打閘后開其余4個疏水（主汽閥、夾層加熱、排汽止回閥、排汽快切閥）。（2）停機后關閉背壓機電動主閘門，打開自動主汽門前防腐排汽，主汽管道隔斷消壓（注意避免疏水管道串汽）。

3.2? ? 轉(zhuǎn)子在線動平衡校正優(yōu)化

根據(jù)2.2.2原因分析，組織專業(yè)人員針對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行在線動平衡校正優(yōu)化。校正情況如下：

（1）采集初始振動數(shù)據(jù)。分別對3#軸瓦（發(fā)電機驅(qū)動側(cè)）和4#軸瓦（發(fā)電機勵磁側(cè)）X/Y方向四個通道的振動信息進行采集。啟動機組，定速3 000 r/min后測得軸承振動情況，如表3所示。

（2）試加配重塊。在保證采集數(shù)據(jù)的有效性和減少設備損傷的原則下，合理設置試塊重量[1]，經(jīng)計算，3#瓦側(cè)試加配重125 g/270°，4#瓦側(cè)試加配重125 g/90°，第二次啟動機組，定速3 000 r/min后采集振動數(shù)據(jù)，如表3所示。

（3）優(yōu)化配重，校正動平衡。根據(jù)試加配重后的振動幅值及相角變化，可得試加配重的靈敏度，并根據(jù)靈敏度和影響系數(shù)對配重進行優(yōu)化調(diào)整：3#瓦側(cè)配重調(diào)整為75 g/240°，4#瓦側(cè)配重調(diào)整為100 g/30°。調(diào)整后，第三次啟動機組，定速3 000 r/min后采集振動數(shù)據(jù)，如表3所示。

可見，經(jīng)過在線動平衡后，4#軸瓦的振動得到了明顯改善，本次啟機過程中3#軸瓦和4#軸瓦X/Y方向的振動趨勢如圖3所示。4#軸瓦X方向振動由原來的135.2 μm優(yōu)化至56.2 μm，同時其他軸瓦各向振動情況也得到了改善，符合機組運行要求，達到了預期校正目的。

4? ? 結(jié)語

針對新建背壓式汽輪機組試運行過程中暴露出的問題，分別通過上述對策得到了有效解決，目前機組運行穩(wěn)定，滿足了生產(chǎn)需要;同時，后續(xù)改造升級中，應對工藝系統(tǒng)和裝備進行進一步優(yōu)化升級，長期徹底地解決上述問題。該機組試運行過程中存在的問題及其應對策略也對其他類似機組的調(diào)試運行具有指導意義和參考價值。

[參考文獻]

[1] 吳永誠，茍臻平，史有東.大型風機異常振動原因及處理措施[J].水泥技術，2021（3）：57-58.

收稿日期：2022-03-15

作者簡介：張夢哲（1994—），男，河北唐山人，碩士研究生，從事發(fā)電設備管理工作。