引起煙氣輪機(jī)振動的常見原因與預(yù)防措施 (1)

1、引起煙氣輪機(jī)振動的常見原因與預(yù)防措施 (1)    摘要：根據(jù)煙氣輪機(jī)處理的工作介質(zhì)特性，分析了引起煙氣輪機(jī)振動的機(jī)理。對由轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動進(jìn)行了討論，給出了轉(zhuǎn)子不平衡引起振動的故障診斷依據(jù)并提出了預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：煙氣輪機(jī) 轉(zhuǎn)子不平衡 故障診斷一、引言煙氣輪機(jī)（又稱煙氣透平，簡稱煙機(jī)）是石油化工行業(yè)常用的關(guān)鍵設(shè)備之一，它利用催化裂化裝置在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫低壓煙氣的熱能及壓力能驅(qū)動離心式或軸流式主風(fēng)機(jī)或發(fā)電機(jī)等設(shè)備工作或發(fā)電，達(dá)到回收能量的目的。煙氣機(jī)組的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到裝置的運(yùn)行周期和能耗水平，對保證裝置正常平穩(wěn)運(yùn)行和節(jié)能降耗具有重要意義。然

2、而，煙氣輪機(jī)也是石油化工行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備中發(fā)生故障率最高的。頻繁停機(jī)導(dǎo)致裝置能耗上升，處理量下降，嚴(yán)重的使裝置切斷進(jìn)料甚至非計劃停工的現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究煙氣輪機(jī)的常見故障、產(chǎn)生故障的原因以及預(yù)防、消除故障的措施，對企業(yè)節(jié)能降耗，保證正常生產(chǎn)具有重要意義。二、煙氣輪機(jī)振動的機(jī)理煙氣輪機(jī)的工作介質(zhì)中含有催化劑固體顆粒，這種高溫氣-固兩相流動對煙氣輪機(jī)的氣動熱力性能和葉片的磨損要產(chǎn)生主要影響。高溫提高了催化劑固體顆粒的黏度，使其輔著在葉片等轉(zhuǎn)動部件上的機(jī)率增加。研究表明，催化劑微粒的濃度對葉片的磨損影響及大，含粉塵濃度是造成葉片磨損的主要原因之一。因此，導(dǎo)致煙機(jī)

3、故障率居高不下的主要因素是高溫和粉塵，煙機(jī)組的機(jī)械故障，主要與這兩者有關(guān)。工程實踐中，煙機(jī)常見的故障有：磨損、葉片斷裂、粉塵堆積、動靜摩擦、動平衡破壞、同心度偏移、油膜失穩(wěn)、殼體變形及管線應(yīng)力影響都直接或間接與這兩者密不可分，以上幾種故障均會引起煙機(jī)的振動。本文將就煙機(jī)轉(zhuǎn)子因磨損及動平衡造成破壞引起的振動進(jìn)行研究。1.磨損煙氣中所含的以催化劑為主的煙氣粉塵，隨煙氣一起高速通過煙機(jī)葉片，對煙機(jī)流道產(chǎn)生沖刷，在高溫的作用下（通常煙氣入口溫度在620以上），煙氣粉塵對轉(zhuǎn)子的磨損加劇，磨損嚴(yán)重的部位常發(fā)生在葉片、臺肩、榫槽等部位，會出現(xiàn)刀刃狀或拇指狀的劃痕，沖蝕嚴(yán)重時會出現(xiàn)蜂窩狀。因此，為保證葉片壽命

4、和煙氣輪機(jī)的效率，我國一般要求煙氣輪機(jī)含粉塵濃度不大于200mg/Nm3。此外，顆粒尺寸一般要求大于 的不超過8%。因為粒度大的微粒在離心力的作用下易于集中到葉片頂部，造成局部嚴(yán)重磨損。2.葉片斷裂當(dāng)煙氣均勻沖刷葉片時，磨損對煙機(jī)轉(zhuǎn)子平衡的影響不明顯，而當(dāng)出現(xiàn)不均勻磨損時，會對轉(zhuǎn)子動平衡造成破壞，機(jī)組振動值上升。當(dāng)沖蝕造成葉片受損嚴(yán)重時，機(jī)組振動較大，受損葉片在長期振動產(chǎn)生的交變應(yīng)力的作用下極易發(fā)生疲勞斷裂破壞。葉片突然斷裂會使煙機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡嚴(yán)重破壞，使得振幅瞬間上升。3.粉塵堆積目前在用的各類煙機(jī)中普遍采用過熱蒸汽或飽和蒸汽冷卻、吹掃煙機(jī)輪盤。高溫的煙氣通過混有較低溫度的蒸汽時，或吹掃蒸汽本

5、身帶有不飽和蒸汽時，在水分凝結(jié)作用下，煙氣粉塵會大量附著在煙機(jī)流道及葉片上。這些結(jié)焦物有時是均勻分布的、有時是不均勻的，它們將直接影響轉(zhuǎn)子的動平衡。特別是煙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中煙氣條件不斷變化或結(jié)焦物增多、增重后，附著在葉片某部位的結(jié)焦物受離心力作用被甩脫，這樣就嚴(yán)重破壞了轉(zhuǎn)子的動平衡，引起機(jī)組振動值突發(fā)性升高。而當(dāng)結(jié)焦物大部分被甩掉后，煙機(jī)的振動又會降下來。很多煙機(jī)運(yùn)行時振動情況波動都是這一過程引起的。粉塵堆積現(xiàn)象更容易發(fā)生在雙級輪盤的煙氣輪機(jī)上，這也是雙級煙機(jī)故障率相對偏高的主要原因。三、煙氣輪機(jī)系統(tǒng)振動的微分方程及響應(yīng)四、煙氣輪機(jī)振動的故障診斷為保證煙機(jī)在生產(chǎn)過程的安全性和可靠性，使設(shè)備發(fā)揮最大

6、的經(jīng)濟(jì)效益，對其進(jìn)行在線振動監(jiān)測與故障診斷，以便在整個系統(tǒng)發(fā)生較大破壞之前及時維護(hù)或有準(zhǔn)備的停機(jī)，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和實用價值。而煙機(jī)常見的故障是由于轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量出現(xiàn)偏心或轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損造成的轉(zhuǎn)子不平衡引起的，造成轉(zhuǎn)子不平衡原因按其發(fā)生過程可分為原始不平衡、漸發(fā)性不平衡和突發(fā)性不平衡等幾種情況。原始不平衡由轉(zhuǎn)子制造誤差、裝配誤差以及材質(zhì)不均勻等原因引起。漸發(fā)性不平衡由轉(zhuǎn)子在生產(chǎn)過程中不均勻結(jié)垢，介質(zhì)中粉塵的不均勻沉積，介質(zhì)所含顆粒對葉片及葉輪的不均勻磨損以及工作介質(zhì)對轉(zhuǎn)子的腐蝕等因素造成。表現(xiàn)為振動幅值隨運(yùn)行時間的延長逐漸增大。在生產(chǎn)實際中，煙機(jī)旋轉(zhuǎn)軸在各個方向上剛度有差別，軸承的支撐剛度沿

7、各向分布也不同，因而，轉(zhuǎn)子因不平衡質(zhì)量在相應(yīng)在x、y方向不僅振幅不同，而且相位差也不是900，因此轉(zhuǎn)子的軸心軌跡不是圓而是橢圓。通過分析數(shù)據(jù)及頻譜，得出以下初步判斷：（1）煙氣輪機(jī)組各測點的振動主要表現(xiàn)為93HZ，振源在于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡量。（2）壓縮機(jī)垂直方向的振動比較大，方向性比較明顯，檢查軸瓦間隙是否合適及基礎(chǔ)是否有松動。根據(jù)以上分析結(jié)果，對機(jī)組地腳螺栓、機(jī)組進(jìn)出口管線及其支座進(jìn)行了細(xì)致排查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組地腳螺栓緊固無松動。由于檢測到出口管線的彈簧支座振動較大，達(dá)到約30mm/s，所以在現(xiàn)場調(diào)整機(jī)組彈簧支座壓縮量，觀察機(jī)組振動情況，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)在調(diào)整過程中機(jī)組的垂直振動值沒有減小，振動值沒有

8、發(fā)生根本變化，從而可以初步判斷機(jī)組振動與機(jī)組基礎(chǔ)無關(guān)，振動原因在于機(jī)組轉(zhuǎn)子的不平衡或者機(jī)組軸承間隙偏大。8月5日停下機(jī)組，對機(jī)組拆修，并逐項檢查了以下項目。（1）拆開機(jī)組軸承測量間隙檢查，測量軸承頂間隙（抬軸法）0.25mm，在標(biāo)準(zhǔn)值0.180.26 mm范圍內(nèi)，軸承間隙符合要求；（2）煙機(jī)轉(zhuǎn)子吊出檢查發(fā)現(xiàn)一級、二級葉輪流道入口積灰較多，清理粘結(jié)的灰垢，見圖5-2。（3）抽出煙機(jī)出口彈簧支座檢查，檢查發(fā)現(xiàn)彈簧性能良好，沒有出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象。（4）拆開煙機(jī)入口及出口風(fēng)道的人孔進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)道內(nèi)有少量的灰塵和雜物，并清理干凈。檢修完畢后，機(jī)組在6日回裝好，7日啟動風(fēng)機(jī)，并入系統(tǒng)。ITCC控制系統(tǒng)檢

9、測到風(fēng)機(jī)南瓦垂直振動值為約35m，機(jī)組振動異常的情況已完全消除。六、預(yù)防與消除煙氣輪機(jī)常見振動的措施綜上所述，由于煙氣輪機(jī)在石化生產(chǎn)中的重要性和工作介質(zhì)中含有催化劑固體顆粒的具體情況，在生產(chǎn)實際中，首先要控制進(jìn)入煙氣輪機(jī)工作介質(zhì)中催化劑顆粒的濃度，其次中加強(qiáng)對煙氣輪機(jī)機(jī)組的在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常振動，并結(jié)合歷史記錄，準(zhǔn)確判斷振動產(chǎn)生的原因，為機(jī)組的檢修指明方向，節(jié)約檢修時間。參考文獻(xiàn)1力學(xué)，趙凱華 羅蔚茵，高等教育出版社，2003.2振動力學(xué)，倪振華，西安交通大學(xué)出版社，1988.3機(jī)泵維修鉗工，中國石油化工集團(tuán)公司人事部，中國石化出版社，2011.4機(jī)械設(shè)備故障診斷實用技術(shù)，楊國安，中國石化

10、出版社，2007. 輪的不均勻磨損以及工作介質(zhì)對轉(zhuǎn)子的腐蝕等因素造成。表現(xiàn)為振動幅值隨運(yùn)行時間的延長逐漸增大。在生產(chǎn)實際中，煙機(jī)旋轉(zhuǎn)軸在各個方向上剛度有差別，軸承的支撐剛度沿各向分布也不同，因而，轉(zhuǎn)子因不平衡質(zhì)量在相應(yīng)在x、y方向不僅振幅不同，而且相位差也不是900，因此轉(zhuǎn)子的軸心軌跡不是圓而是橢圓。通過分析數(shù)據(jù)及頻譜，得出以下初步判斷：（1）煙氣輪機(jī)組各測點的振動主要表現(xiàn)為93HZ，振源在于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡量。（2）壓縮機(jī)垂直方向的振動比較大，方向性比較明顯，檢查軸瓦間隙是否合適及基礎(chǔ)是否有松動。根據(jù)以上分析結(jié)果，對機(jī)組地腳螺栓、機(jī)組進(jìn)出口管線及其支座進(jìn)行了細(xì)致排查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組地腳螺栓緊固無

11、松動。由于檢測到出口管線的彈簧支座振動較大，達(dá)到約30mm/s，所以在現(xiàn)場調(diào)整機(jī)組彈簧支座壓縮量，觀察機(jī)組振動情況，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)在調(diào)整過程中機(jī)組的垂直振動值沒有減小，振動值沒有發(fā)生根本變化，從而可以初步判斷機(jī)組振動與機(jī)組基礎(chǔ)無關(guān)，振動原因在于機(jī)組轉(zhuǎn)子的不平衡或者機(jī)組軸承間隙偏大。8月5日停下機(jī)組，對機(jī)組拆修，并逐項檢查了以下項目。（1）拆開機(jī)組軸承測量間隙檢查，測量軸承頂間隙（抬軸法）0.25mm，在標(biāo)準(zhǔn)值0.180.26 mm范圍內(nèi)，軸承間隙符合要求；（2）煙機(jī)轉(zhuǎn)子吊出檢查發(fā)現(xiàn)一級、二級葉輪流道入口積灰較多，清理粘結(jié)的灰垢，見圖5-2。（3）抽出煙機(jī)出口彈簧支座檢查，檢查發(fā)現(xiàn)彈簧性能良好，沒有出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象。（4）拆開煙機(jī)入口及出口風(fēng)道的人孔進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)道內(nèi)有少量的灰塵和雜物，并清理干凈。檢修完畢后，機(jī)組在6日回裝好，7日啟動風(fēng)機(jī)，并入系統(tǒng)。ITCC控制系統(tǒng)檢測到風(fēng)機(jī)南瓦垂直振動值為約35m，機(jī)組振動異常的情況已完全消除。六、預(yù)防與消除煙氣輪機(jī)常見振動的措施綜上所述，由于煙氣輪機(jī)在石化生產(chǎn)中的重要性和工作介質(zhì)中含有催化劑固體顆粒的具體情況，在生產(chǎn)實際中，首先要控制進(jìn)入煙氣輪機(jī)工作介質(zhì)中催化劑顆粒的濃度，其