蒸汽透平轴振动波动的原因分析及解决对策

夏咏梅（中国石油兰州石化公司化肥厂，甘肃　兰州　730060）

蒸汽透平轴振动波动的原因分析及解决对策

夏咏梅（中国石油兰州石化公司化肥厂，甘肃兰州730060）

本文对兰州石化稀硝酸装置“四合一”机组在运行过程中蒸汽透平的轴振动波动的原因进行了深入分析，并提出了相应的解决措施，有效解决了制约“四合一”机组正常运行的问题，实现了稀硝酸装置的“安稳长满优”生产。

蒸汽透平；轴振动；蒸汽品质；U型排凝管

1　前言

中国石油兰州石化化肥厂稀硝酸装置采用双加压法工艺，即在氧化压力0.45MPa（A），吸收压力1.1MPa（A）的条件下，生产浓度为58.0～62.0%的稀硝酸，其中“四合一”机组是整个装置最核心的设备，该机组从德国进口，由蒸汽透平机、氧化氮压缩机、空气压缩机、尾气透平机同轴组成，为稀硝酸生产提供动力及能量回收。稀硝酸装置于2005年建成开工至今，在运行过程中曾出现蒸汽透平轴振动大幅度的波动，而机组振动会影响稀硝酸装置的平稳运行，因此，防止“四合一”机组轴振动波动是确保稀硝酸装置平稳长周期运行的重要保障。

2　流程简介

从氧化工序（或厂蒸汽管网）送来的4.0MPa蒸汽，经主汽阀XV20205、调节阀SV20210后进入蒸汽透平（J31011）做功，为空气压缩机（J31012）和氧化氮压缩机（J31013）提供动力。做功后的乏汽去表冷器（C20201）冷凝，冷凝液由冷凝液泵（E10571/ E10574）送除氧器或厂脱盐水管网。

由蒸汽管网来的1.0MPa蒸汽，分两路进入机组系统。一路由调节阀PV20406调节作为蒸汽透平轴封蒸汽；一路作为抽汽喷射器的动力汽源。

3　生产过程中出现的异常现象

2008年3月21日以来，机组运行过程中，发现蒸汽透平的高压侧轴振动VⅠA20105 x/y、低压侧轴振动VⅠA20101x/y的监测点出现间歇性振动。随着时间的推移振动频次、振动幅度均有提高的趋势，最大值曾达到50微米，（报警值：44.1μm，联锁值：58.8μm），严重威胁到机组的安全运行。

4　轴振动波动的原因分析

（1）“四合一”机组自运行以来蒸汽透平的排气压力一直控制在4KPa、5KPa，由于排气压力低，使气轮机的做功效率好，但同时有可能造成蒸汽透平的末级叶轮带液，时间长了有可能损坏末级叶轮，使振值增大。

（2）自产蒸汽的品质不好。蒸汽透平对动力蒸汽的要求是：无冷凝液，无尘粒、无锈蚀化合物。蒸汽如果带液，水的速度较蒸汽的速度慢，容易造成水滴撞在叶片背部发生很大的推力，将转子向后推动，从而把推力瓦钨金熔化造成事故。机组入口过热蒸汽带水，过热蒸汽管道上的三个疏水倒淋（第一个在管道分离器底部；第二个蒸汽分离器底部；第三个在大闸阀前U形弯底部），疏水倒淋管内冷凝液积存到一定程度后，随着主蒸汽管道过热蒸汽将积存的冷凝液带入机组造成机组间歇振动，之后，又通过冷凝液的积存，带入，振动……。

查阅化验室分析数据，装置自产蒸汽中的二氧化硅含量高，造成蒸汽透平的通流部分结有盐垢，在透平的高压区结垢比较严重，低压区内由于处于湿蒸汽工作条件下很少结垢，其危害有：①降低蒸汽透平的效率，增加耗气量。②由于结垢，气流通过隔板及叶片压降增加，工作叶片的反动度也随之增加，导致轴向推力加大。③转子不平衡会造成轴振动增加。

（3）油温的影响。①油温低时粘度大，形成的油膜较厚，承载能力强，但是流动性能差，可能造成轴承的干摩擦而出事故。②油温太高，粘度小，承载能力低，带不走摩擦所产生的热量也会影响轴承的正常工作。

（4）轴封蒸汽U型排凝管堵塞排液不畅。蒸汽透平低压侧由于低温运行，使蒸汽透平的最后几级叶片中的蒸汽湿度大，机内输水不良时，有可能造成叶片的腐蚀。高压端供汽防止高压气体外流，低压端汽封是防止空气进入破坏真空。冷凝液通过U型管排放，若没有冷凝液排出时，则管线有冻堵现象，输水不良时造成了叶片的冲蚀，也会破坏转子的平衡，使轴振动增加。若无冻堵时，轴封蒸汽供汽太大泄漏汽全部抽出放空，不能形成水封，空气会通过低压端进入影响真空。查看稀硝装置的“四合一”机组蒸汽透平的U型排凝管的冷凝液排液不畅，特别在冬季时无冷凝液排出。

5　针对以上原因，采取了如下措施

（1）将蒸汽透平的排气压力由原来的4KPa、5KPa提高控制在14KPa左右，这样既保证了蒸汽透平的做功效率又防止了末级叶轮带液的情况。

（2）严格控制自产蒸汽品质，过热蒸汽管道上的三个疏水导淋及时进行间断排放，防止蒸汽带液并控制蒸汽温度在工艺范围内。及时查看化验室分析数据，自产蒸汽中的二氧化硅含量高时及时将机组冷凝液外送补充新鲜脱盐水改善水质。

（3）认真检查并疏通轴封蒸汽U型排凝管，确保轴封蒸汽冷凝液排放畅通。

（4）控制油温在35～45℃。

6　结论

通过采取以上措施“四合一”机组再未发生过蒸汽透平轴振动大幅度波动的现象，确保了装置的安稳运行。

夏咏梅（1969-），女，汉族，籍贯：浙江省，技师助理工程师，研究方向：蒸汽透平。