動設備監(jiān)測課件案例 煙機振動突變故障

能量回收機組振動突變故障分析

屈世棟

（中國石油化工股份有限公司天津分公司，天津300271）中石化股份天津分公司裝備研究院故障經(jīng)過故障分析機組檢修主要內(nèi)容煉油部煙氣能量回收機組是催化裝置的關鍵設備，它是由煙氣透平、軸流壓縮機、蒸汽輪機、變速器和同步電動／發(fā)電機及其輔助系統(tǒng)組成，四機同軸排列。輔助系統(tǒng)包括：靜葉控制系統(tǒng)、潤滑油調節(jié)系統(tǒng)、康吉森自控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)及消聲器、空氣過濾器等設備組成。中石化股份天津分公司裝備研究院催化劑再生燃燒后產(chǎn)生具有一定壓力能和熱能的煙氣。這些能量由煙氣輪機轉化為機械能直接推動軸流壓縮機運轉，一般回收率可達1：1以上。從煙氣輪機排出的約530℃的高溫煙氣送往余熱鍋爐。余熱鍋爐產(chǎn)生的3.5MPa蒸汽驅動機組中的汽輪機工作。因此，機組開始由外供3.5MPa蒸汽驅動汽輪機并和電動機一起驅動軸流壓縮機工作。待系統(tǒng)正常后，汽輪機由自產(chǎn)的3.5MPa蒸汽驅動并和煙氣輪機一起驅動軸流壓縮機工作外，剩余功率通過發(fā)電機發(fā)電。截至2015年2月6日前，催化四機組保持裝置同步運行率100%，且工藝運行指標、機械運行指標等總體平穩(wěn)，振動狀態(tài)穩(wěn)定。中石化股份天津分公司裝備研究院2015年2月6日8點32分，四機組煙機機2001/4振動探頭y12-2突然發(fā)生波動，波動超過報警值（60um），操作員第一時間發(fā)現(xiàn)并確認機組運行狀況后及時通知當班班長，班長接到信息后立即通知車間設備副主任，設備副主任接到電話后當即與主管技術人員趕至現(xiàn)場，達到機組崗位后發(fā)現(xiàn)機組運行聲音發(fā)生變化，煙機振動在50~70mu范圍波動，迅速安排準備降煙機負荷。在與反應崗位聯(lián)系關閉煙機入口蝶閥時，煙機軸位移突然變化并超過聯(lián)鎖值（0.5mm），機組聯(lián)鎖停機，DCS記錄時間顯示為8點45分，機組振動從發(fā)現(xiàn)異常到機組聯(lián)鎖停機約13分鐘。

中石化股份天津分公司裝備研究院DCS記錄的煙機輪盤溫度、振動、位移、發(fā)電功率變化

中石化股份天津分公司裝備研究院煙機振動監(jiān)測系統(tǒng)測點簡圖

：機組振動情況概述：

煉油部能量回收機組于2014年5月2日至2014年5月24日停機大修，對比機組停機檢修前后煙機測點的振動趨勢圖可以看出，大修后機組各個測點的總振值均有不同程度的增大，煙機4個測點振動信號頻譜圖的主要頻率成分為1倍頻及高次諧波，頻譜圖成分與機組大修前的上個運行周期相比無明顯變化，但倍頻幅值有所增大（見圖3、圖4）。

中石化股份天津分公司裝備研究院2014年5月機組檢修前后煙機測點振動趨勢圖

中石化股份天津分公司裝備研究院2012年10月6日-2014年5月2日機組正常運行狀態(tài)煙機測點頻譜圖

中石化股份天津分公司裝備研究院2014年5月24日-2015年2月6日機組正常運行狀態(tài)煙機測點頻譜圖

中石化股份天津分公司裝備研究院機組振動探頭的GAP電壓變化趨勢圖

中石化股份天津分公司裝備研究院機組振動測點波動的順序

中石化股份天津分公司裝備研究院圖92015年2月6日AM8:18:27煙機測點的頻譜圖

中石化股份天津分公司裝備研究院煙機測點的2倍頻振動幅值及相位波動情況

中石化股份天津分公司裝備研究院煙機測點的1倍頻振動幅值及相位波動情況從機組測點頻譜圖可以看出：煙機正常運行狀態(tài)下4個振動測點的頻譜主要成分為1倍頻、2倍頻和高次諧波，各個測點的振動頻譜成分及幅值均很穩(wěn)定。在2月6日上午8:18開始的機組振動波動，主要由煙機測點振動頻譜中的1倍頻和2倍頻成分波動引起。煙機4個測點振動2倍頻成分發(fā)生了比1倍頻成分更大的波動，增幅很大，表明轉子對中狀況明顯發(fā)生惡化。同時，從煙機4個測點的1倍頻振動波動趨勢圖可以看出：煙機的1倍頻振幅明顯增大，相位也發(fā)生了較大變化，說明轉子動平衡狀況也發(fā)生了改變。

中石化股份天津分公司裝備研究院正常運行狀態(tài)和2015年2月6日（AM8:18:36）煙機南側軸承的軸心軌跡圖由于機組S8000振動監(jiān)測系統(tǒng)未接入鍵相信號，煙機轉子的軸心軌跡圖不能真實反映出轉子進動方向，只能觀察煙機軸心軌跡的形狀。對比機組正常運行狀態(tài)和2月6日上午振動波動時煙機南側軸承和北側軸承的軸心軌跡圖可以看出，煙機2個軸瓦處的轉子軸心軌跡發(fā)生了明顯變化，都有明顯的尖角，而且振動幅值增大，頻率成分更為豐富，說明從2015年2月6日上午8：18開始煙機轉子發(fā)生了摩擦。煙機異常振動原因分析根據(jù)機組S8000在線振動監(jiān)測系統(tǒng)記錄的機組振動歷史數(shù)據(jù)，通過對煙機振動波動趨勢及頻譜圖分析，可以看出煙機內(nèi)部有部件斷裂脫落或有外部異物進入，造成煙機轉子發(fā)生摩擦，振動大幅波動，煙機軸位移超標是引起機組停機的主要原因。初步判斷異物很有可能來自煙機靜止部件或機組外部，如果煙機轉子葉片先發(fā)生斷裂，那么煙機轉子軸振動的1倍頻成分增大幅度將明顯超過2倍頻成分的變化，煙機軸振動將突增并保持較高的振動水平，不會增大后又降低。

中石化股份天津分公司裝備研究院中石化股份天津分公司裝備研究院煙機異常振動原因分析由于葉根與進氣道之間有10～11mm間距，如果有異物卡在其中，對旋轉的煙機轉子葉根榫槽連續(xù)進行切割。在煙機測點的振動頻域譜圖中就會出現(xiàn)2～10倍的高次諧波，并且時域譜圖出現(xiàn)削波和相位失穩(wěn)現(xiàn)象。同時，由于切割力作用于懸臂的煙機轉子輪盤上，產(chǎn)生很大的剪切力，以軸承為支點，不斷交變地作用在軸系最薄弱的聯(lián)軸器撓性元件上，而且還會造成輪盤溫度上升（見圖17），表現(xiàn)為持續(xù)波動的2倍頻成份，轉子對中狀況惡化，增大了機組軸向載荷導致煙機轉子軸位移超標聯(lián)鎖停機。

中石化股份天津分公司裝備研究院葉根被持續(xù)切割、磨損使葉根、輪盤溫度劇升，因此表現(xiàn)在輪盤測溫點溫度升高。當溫度超過葉根材料的溫度極限時（750℃以上