机组渐变性振动故障的分析与处理

2022-08-28屈世栋

设备管理与维修 2022年15期

关键词：动平衡工频汽轮机

屈世栋

（中国石油化工股份天津分公司装备研究院，天津 300271）

0 引言

某石化公司炼油部烟气能量回收机组是催化装置的关键设备，由烟气透平、轴流压缩机、汽轮机、变速箱和同步电动/发电机组成（表1）。

表1 能量回收机组技术规格参数

该机组大修后2016 年9 月至2018 年7 月15 日运行状态一直平稳，7 月15 日之后汽轮机两端测点振动持续缓慢增大，严重影响到机组的安全稳定运行。为查明故障原因，对机组进行振动信号分析及故障诊断。烟机振动监测系统测点分布见图1，其中汽轮机共有4 个振动测点，分别为排气侧振动测点Y17-1、Y17-2，进气测振动测点Y18-1、Y18-2，振动高报警值55 μm、高高报警值80 μm。

图1 能量回收机组振动监测系统测点

1 汽轮机振动值波动情况

能量回收机组于2016 年8 月停机大修，该机组大修后正常开机运行，从2016 年9 月30 日至2018 年7 月15 日该机组运行状态一直平稳正常。2018 年7 月15 日之后汽轮机两端4 个测点振动持续缓慢增大，至9 月21 日达到最大。汽轮机4 个测点（Y17-1、Y17-2、Y18-1、Y18-2）的通频振动峰峰值分别由10 μm，16 μm，14 μm，10 μm 增加到31 μm，53 μm，28 μm，14 μm，已经接近汽轮机的振动报警值（图2）。在此期间能量回收机组其他测点的通频振动幅值均在正常范围内，振动变化趋势平稳（图3）。汽轮机两端振动的持续增大严重威胁到机组的安全稳定运行。

图2 7 月15 日至9 月21 日汽轮机两端通频振动趋势

图3 7 月15 日至9 月21 日机组其他测点通频振动趋势

2 振动信号真实性确认

对机组其他运行工艺参数进行检查无明显异常，经仪表校验及查看机组汽轮机两端4 个测点的振动探头GAP 电压趋势图，测点的GAP 电压均在正常范围内，也确认探头无问题、数值真实准确（图4）。初步分析认为，能量回收机组在风机运行的负荷状态也对整个轴系有所影响，汽轮机Y17-1、Y17-2 测点和风机相连接，受影响较大。期间通过降低静叶开度并将汽轮机耗汽降低2 t/h 至28t/h，振动由32.2 μm 降至26.1 μm，但下降效果一般，因此要求车间各班组加强观察汽机振动情况、做好班组记录交接。

图4 机组振动探头的GAP 电压变化趋势

3 振动信号特征分析

为了确定机组振动增大的原因，对S8000 机组振动在线监测系统记录的振动信号及特征谱图进行精密分析。从机组所有测点的通频振动趋势图可以看出，该机组只是汽轮机两端的4个测点增大明显而其他测点振值变化趋势平稳。由此重点分析汽轮机两端4 个测点的振动信号。

查看机组在线状态监测系统的振动信号历史数据，发现汽轮机两端的振动增大主要为工频增大引起：振动增大过程中4个测点的振动工频幅值及相位均发生明显缓慢变化[1]（图5）；而且汽轮机两端4 个测点振动频谱图中（图6）主导频率成分为工频，工频幅值占通频振值的90%以上；汽轮机转子两端的轴心轨迹图（图7）均为椭圆、正进动。这些是典型的转子存在动不平衡的振动特征，说明汽轮机转子动平衡状态存在明显的劣化趋势，动平衡状态变差引起转子的振动持续增大。

图5 汽轮机两端测点工频振动变化趋势

图6 汽轮机两端测点工频振动频谱图

图7 9 月21 日汽轮机轴承的轴心轨迹图

该机组的汽轮机用汽为车间自产的蒸汽，由余热锅炉产生的3.5 MPa 蒸汽提供并和烟气轮机一起驱动轴流压缩机工作外，剩余功率通过发电机发电。如果蒸汽品质不佳，不仅会造成结垢、使转子动平衡状态发生变化及振动值增大，而且还会使通流面积明显变小、蒸汽难以充分膨胀，从而引起监视段压力高和出力不足。所以，蒸汽的品质直接影响着汽轮机的效率和长周期运行水平。

4 结论及处理措施

4.1 结论

综合S8000 机组振动在线监测系统的振动信号分析及机组运行工艺状态分析，判断为汽轮机转子结垢致使转子动平衡变差导致机组运行振动值增大，该故障为转子渐变动不平衡短期内不会迅速恶化。如果停机检修正常生产一旦中断将会导致巨大的经济损失，因此决定不停机检修加强巡检稳定工艺操作，利用在线振动监测系统监护其运行同时采取如下的处理措施。