关于催化裂化装置烟气轮机常见故障分析

杨振兴

摘 要：催化裂化装置能量回收机组运行中经常因各种原因发生故障停车，在各类故障中由于烟气轮机故障而导致机组停车占有很大的比例。烟气轮机机组振动是制约机组平稳运行最常见的问题，本文通过状态监测，运用故障诊断分析方法，总结了烟气轮机常见故障特征机理，并结合机组历史状况，通过典型案例所采集的数据分析了烟气轮机的常见故障，并提出了处理故障的对应方案。

关键词：催化裂化;烟气轮机;故障

1 烟气轮机典型故障模式

1.1 不平衡及磨损

1.1.1 磨损

催化裂化装置再生烟气中所含催化剂为主的烟气粉尘，随烟气一起高速通过烟机叶片，对烟机流道产生冲刷，在高温的作用下，烟气粉尘对转子的磨损加剧，磨损严重的部位常发生在叶片、台肩、榫槽等部位，会出现刀刃状的划痕，冲蚀严重时会出现蜂窝状。

1.1.2 叶片断裂

当叶片均匀冲刷时，磨损对烟机转子的平衡影响不大，而当出现不均匀磨损时，转子动平衡被破坏，机组振动值上升。当冲蚀现象日益加剧，叶片受损严重，同时机组振动逐渐加大，受损叶片在长期振动产生的交变应力作用下极易发生斷裂，叶片突然断裂又会使烟机转子动平衡严重破坏，振动值巨幅上升。

1.1.3 粉尘堆积

烟机采用饱和蒸汽冷却、吹扫烟机轮盘。高温的烟气通过混有较低温度的蒸汽时，或者吹扫蒸汽本身带有不饱和蒸汽时，在水分凝结作用下，烟气粉尘会大量附着在烟机流道及叶片上。这些结焦物有时是均匀分布的，有时是不均匀的，这将直接影响转子的动平衡。特别是烟机高速旋转过程中烟气条件不断变化或结焦物增多、增重后，附着在叶片某部位的结焦物受离心力作用被甩脱，这样就严重破坏了转子的动平衡，引起机组振动突发性升高。而当结焦物大部分被甩脱后，烟机的振动又会降下来。

1.2 动静碰摩

对于烟气轮机来说，由于高温变形，烟气粉尘堆积作用更容易发生碰摩故障。另外，分封间隙过小，同轴度偏差过大，油膜不稳，承载力减少等因素都会导致碰摩发生。动静摩擦会产生切向摩擦力，使转子产生涡动，转子的强迫振动、碰摩自由振动和摩擦涡动叠加到一起，产生出复杂的、特有的振动响应，因为摩擦力表象具有明显的非线性特征。

2 故障原因分析

2.1 壳体变形引起动静叶片间隙过大，效率降低

壳体变形使得入口处法兰产生椭圆现象，一、二级导流环和静叶片随之发生变形，从而使动叶片与导流环间发生刮磨。因此在检修过程中将一级导流器叶顶与一级导流环间隙放大（水平方向最大处超过3mm），这样避免了机组的刮磨问题，但烟气轮机的效率却大幅度下降。

2.2 工艺参数变化引起机组效率降低

工艺参数的变化也是机组效率降低的主要原因。首先是冬夏两季室外温度差异巨大，主风机入口温度从- 30℃到+30℃变化，影响到烟气轮机的运行参数。冬季气温低，烟气轮机效率高，发电量大，每天在20000度以上;夏季气温高，烟气轮机效率低，发电量少或不能发电。其次，烟气旁路放空的双动滑阀由于长时间处于高温状态，座圈与阀板、导轨都有较大变形。阀板关闭不严，造成一定量烟气泄漏，当机组内烟气量较低时也会使烟气轮机效率降低。

3 解决方法与建议

3.1 作高速动平衡减少残余不平衡量

对于高速旋转的转子而言，特别是工作于一阶临界转速以上的挠性转子，必须通过高速动平衡或全速动平衡来确定它的残余不平衡量，并通过调整将其严格控制在18g·cm的标准范围之内，这样可以有效的减少转子的残余不平衡量，从而达到降低机组振动的目的。

3.2 严格控制烟气中催化剂含量

烟气中催化剂含量超标是诱发烟机故障产生的主要原因。由于催化剂含量的超标而产生一系列的问题，对机组的运行构成极大危害，是振动产生的基本根源之一。因此要严格控制再生烟气中的催化剂含量，改进再生器一、二级，并确保三旋效果，使烟气中的催化剂含量不大于0.2g/m3，有效地减少烟气轮机机组内结垢的产生，从而延长机组部件的使用寿命。

3.3 增大蒸汽排凝管直径，防止堵塞

蒸汽冷却是烟气轮机运行过程中所公认的冷却方式，效果也非常明显。但往往在检修过程中发现蒸汽排凝管一般都被严重堵塞甚至堵死，这造成了蒸汽冷凝水无法通过管路正常排出而留在机器内部，并于高温烟气中的催化剂小颗粒结合成为垢块粘结在转子上，造成转子不平衡引起振动。因此建议应加大四个蒸汽排凝管的孔径（由54mm改为108mm），并在机组运行时保持1MPa的冷却蒸汽压力，温度提高到28 0℃- 300℃（目前220℃-230℃），直接利用催化汽轮机的背压汽，减少饱和蒸汽中夹带的冷凝水量，从而减少结垢的产生。

4 总结

本文总结了烟气轮机常见故障形式、机理及其故障特征，并结合重催装置烟气轮机具体故障进行了分析。通过分析发现，对大型设备尤其像烟机机组这样复杂的多机组设备，它承受着机械、电气、热力等多种变化作用，且工况随生产需要经常变化，使用单一的分析办法很难判断异常所在。在监测时应采用多种方法进行综合分析，包括振动、铁谱分析、工艺参数的相互联系等，不断完善机组状态监测手段，提高故障诊断的精确的，确保机组的安全、长周期运行。

参考文献：

[1]陈大禧，朱铁光.大型回转机械诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2002：42-45.