甲醇合成气中汽轮机振动分析与对策

崔海鑫 常振宇

摘 要：甲醇合成气压缩机由凝汽式汽轮机驱动，在汽轮机工作过程中会出现振动现象，汽轮机是否正常运行可由汽轮机的振动情况进行判定。如若汽轮机出现异常振动，可能对离心压缩机的稳定运行产生破坏作用，不利于安全生产的稳定进行。本文以凝气式汽轮机生产的实际情况进行分析，提出一些对策。

关键词：凝汽式汽轮机;振动;对策

汽轮机是甲醇合成等行业广泛运用的机械设备之一，也是甲醇等生产装置中必不可少的。汽轮机振动问题一直是其运行、维护及管理的要点。汽轮机振动过高或者振动异常，不仅使离心式压缩机组运行的效率下降、能耗增大，而且稍有不慎就可能造成严重的事故[1-2]。由此可见，如何有效地控制和减小压缩机组中汽轮机振动显得重要。

1 汽轮机的概述

汽轮机，可称为蒸汽机，是一种旋转式蒸汽动力装置也是蒸汽动力装置中最为重要的组成部分，可将蒸气的热能转化为机械功。在实际应用中，主要将其作为发电所用的原动机，也应用于发电机的机组上，尤其是各种泵的驱动以及风机、压缩机等，按照蒸汽初压可以将汽轮机分为低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机、超高压汽轮机、亚临界压力汽轮机以及超临界压力汽轮机六个等级[3]。

1.1 工作原理

在蒸汽设备的作用下，汽轮机对进入其中的蒸汽进行挤压，汽轮内的蒸汽经技能型膨胀做功以后，一部分的蒸汽会从轴封部分漏出，其余的部分全部会进入到凝汽器中，在其凝结成水，提高汽轮机热效率。缩减排气缸直径尺寸，将已经做完功的蒸汽抽回回热加热器中，这种蒸汽机，称之为凝汽式汽轮机。利用汽轮机带离心式压缩机的工作原理，打开闸门后实行对运行机组工作状态进行检测，得到汽轮机带离心式压缩机的实际工作参数，进一步的分析并完成逆功率的保护。这对于汽轮机的机组调节是很重要的[4]。

1.2 结构部件及配套设备

凝气式汽轮机设备主要由凝汽器、循环水泵、凝结水泵以及抽气器组成[5]。汽轮机排气进入凝汽器中，然后在循环水作用下，凝结成水，然后凝结水泵将其抽出，经过热器的加热后，将水送回锅炉中。在进行汽轮机的使用时，其主要的配套设备应该引起重视。汽轮机主要由轮转部位和主要的联动区域构成，其他部分是静止的，涵盖隔板、进汽部分等。因为汽轮机在使用时需要在较高的温度下，因此该设备属于高精密度要求的机械设备，同时需要与不同的加热器设备相结合，共同构成相对稳定的结构部件[6]。

2 本厂所用汽轮机简介

本厂汽轮机采用杭州汽轮机有限公司生产的HNKS40/ 56型蒸汽轮机，其设计蒸汽压力为8.83MPa，温度535℃。正常转速7562rpm，额定转速7704rpm，排气压力-0.89kPa。

正常耗气量57.6t/h，额定耗气量60.4t/h。实际运行状态中，蒸汽压力为7.832-8.782MPa，温度515℃左右，蒸汽消耗在50-67t/h。

3 一年来的总体振动分析

3.1 一年来的总体振动情况

正常情况下，汽轮机振值一般在18μm以下。自2016年11月25日-2017年11月20日，一年来，汽轮机共发生67次不同程度的超值振动;平均每月波动5.58次，每周波动1.28次，振动发生时，一般在20-60μm波动，其中，大于35μm振动次数达到63次，占94%;大于45μm振动次数达到41次，占61.2%;大于50μm振动次数达到21次，占31.3%。气量调节时，振动次数60次，占89.88%;蒸汽量调节时，振动67数次，占100%。具体振动情况如表1所示。

如表1所知，我们得到2016年12.8-2017年1.2，25天时间内，振動17次，平均0.68次/日，主要原因为入口压力过低，都在1.2 MPa以下，振动前平均压比4.52。振动占总量的25.37%。

2017年1.7-2017年2.16，40天，振动19次，平均0.63次/日，平均入口压力1.6MPa，振动前平均压比4.19。振动占总量的28.36%。

2017年5月、8月、9月、10月，4个月一般每月振动4-5次，共22次，平均入口压力1.82MPa，振动前平均压比4.21。振动占总量的32.83%。

2017年11.6-11.20，15天振动8次，平均入口压力1.929MPa，振动前平均压比4.27。振动占总量的11.95%。

3.2 一年来的总体振动原因分析及危害

从上述表1的数据分析来看，有如下结论：

汽量调节时，振动必发生。实际蒸汽品质达不到要求，压力不足，汽轮机蒸汽耗量大（超负荷），（超负荷最大：17.5%）。

原因：①汽机末级蒸汽湿气大，叶片负载大，易引进叶片振动;②蒸汽流量超设计，单位面积的流量超设计，易引起叶片振动;③透平整体超负荷，转子的承载力增加，油膜的承载力增加，油楔角改变，转子的旋转平衡破坏，易发生振动。

危害：①汽轮机轮室压力高，通流部分冲刷大;②运行不稳、经常发生振动，易引起叶片应力增大、叶片受损;③止推轴承承载力大，温度高（实际），轴承寿命短;④经常振动，密封部件受损;⑤转子的弯曲应力增大，易造成转子失衡。

入口压力低，高压比，气体在叶轮内易形成涡动，易引进转子振动。而且，入口压力越低、压比越大，越易发生振动。

危害：①运行不稳、经常发生振动，易引起叶轮应力增大、叶片受损;②经常发生振动，轴承承载力大，轴承寿命短;③经常振动，密封部件受损;④涡动的产生，出口温度相应也增加;⑤转子的弯曲应力增大，易造成转子失衡。

气体组分变化时，质量流量发生变化，承载变化，一般也易发生振动。

3.3 对汽轮机振动情况提出采取的措施

在之后的汽轮机运行中，我们认为采取下列措施是有用的。

①提高蒸汽品质;②优化工况，降低压比;负荷调节，要缓、稳;③提高保温措施（对保温全面检查，不合格时修正）;④控制合成负荷，不要长期超负荷运行;⑤控制氢碳比4.0以上;⑥在正常情况下关闭防喘振阀，尽量降低机组转速;⑦机会检修时，检查轴承、密封。

参考文献：

[1]孙燕青，梁坤.汽轮机异常振动的分析与排除[J].内蒙古石油化工，2010，36（03）：83-84.

[2]陈祥府.发电厂汽轮机异常振动的分析及排除[J].科技创新与应用，2013，3：l56.

[3]曲斌.汽轮机振动的原因分析及处理[J].化工管理， 2018（02）：190+192.

[4]冯宏.也论汽轮机异常振动的分析与排除[J].今日科苑，2008（18）：74.

[5] Li B， Zhang C. Briefly Discusses the Condensing of Steam Turbine Equipment Operation[J].2012.

[6]孙柏军.连续重整联合装置用能优化改进[J].石油炼制与化工，2011，42（1）：69-74.