循环氢压缩机汽轮机振动故障分析

循环氢压缩机汽轮机振动故障分析

陈启华

（四川石化有限责任公司 彭州 611930）

摘要 某石化公司渣油加氢循环氢压缩机组在运行过程中汽轮机轴承振动产生无规律间歇性波动，振动发生时以一倍频幅值及相位变化最为明显，每次波动持续时间较短且能恢复至原状态。通过对设备运行状况的排查，结合状态监测分析，尤其通过汽轮机猫爪垫铁松动异常的判断，得出造成振动故障原因为蒸汽管线弹簧支吊架失效，在热应力变化的情况下，蒸汽管线位移变化导致汽轮机下缸一侧上顶，汽轮机动静间隙变小，发生动静摩擦，振动异常。

关键词 循环氢压缩机；轴承振动；动静摩擦；弹簧支吊架;

中图分类号 TH17 机械运行与维修

引言

渣油加氢循环氢压缩机驱动机透平汽轮机在运行过程中轴振动产生无规律间歇性波动，随时间推移，振幅增大，振动频繁。该机组振动正常值10±2um，报警设置40.9um，停机联锁设置60.0um，运行期间产生振动异常时达到报警设定值。针对渣油加氢循环氢压缩机汽轮机间隙性振动的情况，从蒸汽管网、弹簧支吊架、润滑油系统、压缩机系统、汽轮机系统等多方面进行原因排查，制定检修方案，消除机组运行隐患，避免此类设备故障的再次出现。

1故障现象

渣油加氢循环氢压缩机驱动机透平汽轮机在2018年6月大检修后，运行至2019年4月份，轴振动开始出现无规律的间歇性轻微波动，幅度变化±2um。机组运行至9月，振幅逐渐增大，且振动频繁，9月29日最大值为34.31um，约机组正常值3倍，持续时间3min，趋势截图1如下。

图1汽轮机轴承振动趋势

2 设备故障排查

2.1循环氢压缩机运行参数对比分析

除汽轮机设备参数轴承振动参数变化较大，其余参数无明显变化，如下表1

表1 2019年9月29日汽轮机振动异常时各参数前后对比表

2.2对设备运行的各项排查

2.2.1蒸汽管线保温完好，导淋排放未见凝结积水，蒸汽温度＞385℃，排除蒸汽积液故障。

2.2.2 润滑油油箱底部排油，未发现存水，底部采样和总管采样，润滑油品质合格。

2.2.3润滑油站蓄能器压力检查，未发现异常，满足稳压要求。

2.2.4调节润滑油总管温度、运行转速，对机组振动明显影响。

2.2.5检查汽轮机前后油挡，未发现积碳。

2.2.6 汽轮机轮室压力稳定，无明显上涨，说明内部无明显结垢。

2.2.7 汽轮机蒸汽消耗32t/h＜额定40.5t/h，主汽门开度＜80%，说明汽轮机未超负荷运行。

2.2.8汽轮机前后轴承座螺栓并未发现松动。

2.2.9 蒸汽管道弹簧支吊架位移无明显变化，内部弹簧锈蚀严重，可能存在卡涩不能有效吸收管线热应力的变化。

2.2.7检查导向滑动支架、限位导向，部分滑动位置存在固定焊点，导致无法正常产生位移。

2.2.8检查汽轮机前后两端猫爪，锁紧垫片正常，但驱动端南侧猫爪垫铁松动，说明该部位存在下缸上顶，见图2

图2 汽轮机猫爪垫铁松动

3设备故障原因分析

3.1 在线状态监测分析

3.1.1汽轮机振动前后一倍频变化，下图3

图3 汽轮机一倍频变化

3.1.2 汽轮机振动前后相位变化，下图4

图4 汽轮机相位变化

3.1.3 汽轮机振动波动前后轴心轨迹特征，下图5

图5 汽轮机两端轴心轨迹图

3.2 状态检测分析结论

3.2.1汽轮机转子振动波动时，主要为转子动不平衡量发生短时间改变。波动持续时间较短，且波动前后，一倍频相位及趋势仍可以恢复原状态。

3.2.2造成汽轮机转子振动发生变化的直接原因，是转子发生轻度碰磨引起了转子临时性轴弯曲，并使转子不平衡量发生连续变化。当碰磨结束后，临时性轴弯曲逐步消失，振动随即逐步恢复到之前状态。

3.2.3造成转子汽轮机轻度碰磨的二次原因，怀疑与环境、介质温度变化或管道应力引起的汽轮机壳体热变形、轴承座标高变化，或高密度流体冲击引起的转子振动扰动等因素导致汽轮机壳体与转子局部周向间隙减小有关。

3.3 综合结论

通过对设备运行状况的排查，结合状态监测分析，尤其通过汽轮机猫爪垫铁松动异常的判断，得出造成振动故障原因为蒸汽管线弹簧支吊架失效，在热应力变化的情况下，蒸汽管线位移变化导致汽轮机下缸一侧上顶，汽轮机动静间隙变小，发生动静摩擦，振动异常。

4对外合作，寻求设备故障解决办法

4.1 对外合作情况

4.1.1邀请中国石化集团洛阳石油化工工程公司设计人员就现场蒸汽管道走向及弹簧支吊架选型、当前使用状况进行检查，提出整改意见，共计8项。

4.1.2委托西安热工研究院有限公司对蒸汽管线设计状态进行管系应力及支吊架校核计算分析，主要采用管道应力计算软件CAESARⅡ程序对蒸汽管线进行管道应力校核计算分析，对管道吊点原设计造成进行核对，之初载荷、位移存在偏差的吊点，列出各管中最大一次应力和二次应力，为以后支吊架调整、改造提供依据，标示多所计算管道的最大应力所在的位置点。

4.2 解决办法

综合西安热工研究院有限公司应力核算结果，最终由洛阳设计院出具蒸汽管线调整和整改要求。

5 设备故障整改过程

5.1汽轮机揭缸检查，未发现汽轮机转子结垢，与运行过程中轮室压力无明显变化相符。

5.2汽轮机管线法兰检查及处理

5.2.1冷态下，断开汽轮机入口蒸汽法兰，发现异常，如下图6

图6 汽轮机入口蒸汽管道法兰与缸体法兰对口情况

5.2.2 更换弹簧支吊架后，调整支吊架受力，入口蒸汽管道法兰无错位，上下两个法兰面间距在2—4cm之间，下图7。

图7 调整后的蒸汽管道法兰

5.3 检修后，循环氢压缩机开机运行参数正常，前后参数对比如下表2

表2 检修前后汽轮机运行参数对比

5.4 汽轮机运行至今，未曾再次发生明显的间歇性振动异常，问题得以解决。

6 结束语

6.1渣油加氢循环氢压缩机120-K2001-2在运行期间，汽轮机无规律产生间隙性短暂振动异常，所有振动点呈比较尖锐波峰状，根本原因为入口4.0MPa蒸汽管道弹簧支吊架，尤其是弹簧支架失效，同时部分限位、导向、滑动支架不满足膨胀要求，在蒸汽管道发生热应力变化时，蒸汽管道发生位移变化，汽轮机缸体受该外力影响，造成顶缸，缸体不均匀抬头造成汽轮机动静间隙变小，形成动静摩擦，振动异常。

6.2 通过检修，验证前期结论判断，为今后的机组管理、运行、检修积累更加丰富的经验。

6.3解决机组自身正常运行的最大障碍，消灭隐患，满足装置生产长周期需要。

作者简介：陈启华（1981-），工学学士，中级职称，设备工程师，从事加氢装置设备管理，E-mail：chenqihua1@petrochina.com.cn