汽轮机冲转过程中轴瓦振动超标原因分析及处理

郭海波

（山西晋煤华昱煤化工有限责任公司，山西晋城 048000）

0 引言

汽轮机正常运行过程中振动幅度基本不变。但在汽轮机启动冲转过程中，由于加减负荷过快、轴封没有暖好等原因，可能出现振动异常。许多汽轮机组运行过程中，都出现过轴瓦振动超标故障，故障处理过程较为复杂，需要经过较长时间才能恢复正常运行。

1 故障现象

2015年6月21日16：25：36，陕焦公司汽轮机驱动离心式氧压机组突然联锁跳车。DCS 控制系统显示汽轮机前径向轴瓦振值（位号：VI733B）由20.09 μm 突然上涨到179.24 μm，触发汽轮机联锁跳车保护，该测点报警值39.9 μm，联锁值为58.6 μm。该汽轮机前径向轴瓦共有2 个振动测点，跳车时另一测点振值基本无变化，因此技术人员认为探头故障引起跳车的可能性较大。为进一步确定跳车原因，对机组进行试车，升速到3500 r/min 时VI733B 测点联锁跳车，汽轮机其他振动、位移、温度测点均正常。跳车后仪表人员检查该测点探头、延长电缆及前置器，发现探头和前置器损坏，并进行更换。事故发生1.5 h后，操作人员启动机组，连续3 次冲转过程中都出现轴瓦振动超标、触发汽轮机联锁跳车保护现象，被迫进入检修状态。该汽轮机额定功率2625 kW，主蒸汽压力3.53 MPa、温度435 ℃，排汽压力0.012 MPa、温度为50 ℃，转速调节（9525～13 335）r/min。故障记录显示，机组冲转过程中，于5500 r/min 左右前径向轴瓦振值达到70 μm 以上，触发汽轮机联锁跳车保护，导致离心式氧压机无法运行[1]。

2 原因分析

2.1 汽轮机组长时间未进行全面检查

汽轮机冲转过程中出现轴瓦振动超标故障是由多方面原因导致的，如果汽轮机长时间未进行全面检查，容易因部件失效引发此类故障。上述案例经事故调查发现，该汽轮机驱动离心式氧压机组自投入运行以来未进行过全面检查。其中，因前径向轴瓦振动测点（位号：VI733B）探头和前置器损坏，给出错误振动数值，触发汽轮机联锁跳车保护，导致整个生产系统停产3 d，造成了不可挽回的经济损失。因此，需要对汽轮机元器件进行定期检查，不能一味追求产量而忽略计划检修。汽轮机元器件维护不到位，是引发此次故障事故的直接原因。

2.2 启动过程中违反相关操作规程

在检查DCS 系统记录过程中，为找到前径向轴瓦振值（位号：VI733B）突然上涨引起机组跳车的原因，通过停运油泵和液压盘车机构，配合检查探头、延长电缆及前置器。分析DCS 系统记录信息发现，汽轮机转速下降为0 时，操作人员没有停止供轴封汽，导致机组转子静止状态下，轴封供汽压力43 kPa，真空度为-88 kPa，在此工况下保持约1.5 h，使转子局部出现受热不均匀现象，产生热弯曲。操作过程严重违反《汽轮机运行导则》关于静止转子不能向轴封供汽的规定，在机组热态启动时，轴封供汽未确认盘车的运行状态，这也是导致汽轮机跳车后重启过程中振动超标的一个主要原因。

2.3 对停运润滑油泵安全风险预估不足

汽轮机在极热工况下，如果未充分考虑停盘车机构和润滑油泵的安全风险，对振动探头进行拆检，会导致内部转子传递给轴瓦的热量无法得到润滑油冷却，可能使轴瓦受热变形，导致轴系中心产生变化，在冲转过程中，也容易引发振动超标问题。而且汽轮机在极热工况下停盘车，转子也会受到上下缸温差影响，产生不均匀收缩，出现弹性热弯曲。再加上汽轮机本体温度不符合工况要求，气缸收缩不均匀，可能产生中心偏移的现象，进而引发振动超标故障。从故障检修记录来看，检修振动探头用了1 h，原本只需使用30 min，反映出检修准备不充分，未做好现场协调，导致汽轮机极热状态下的盘车停运时间较长[2]。

3 处理方法

3.1 组织开展故障原因排查工作

分析汽轮机故障处理过程，机组跳车后，操作人员迅速开始排查故障原因，并成立临时指挥组。通过对DCS 控制系统中的报警信息进行检查，确定前径向轴瓦振值超标，触发汽轮机联锁跳车保护。按照跳车事故处理流程，初步判断跳车原因后，对汽轮机进行热启动，升速到3500 r/min 时VI733B 测点联锁跳车，汽轮机其他振动、位移、温度测点均正常。确定该仪表测点存在故障，属于假信号，立即检查该测点探头、延长电缆及前置器，发现探头和前置器损坏，并进行更换。

3.2 跳车后启动故障处理

在故障处理过程中，为解决汽轮机前径向轴瓦振动测点故障问题，决定拆开前轴承箱，对探头、延长电缆及前置器进行检查，要求在30 min 内完成检修工作。此时采取停液压盘车机构与润滑油泵运行的操作，是引发轴瓦振动超标的主要因素之一。在对振动测点检修时发现探头和前置器损坏现象，但由于前置器没有备件，紧急从其他分厂调用，耽误了检修时间。检修完毕后，执行汽轮机启动操作，机组在冲转过程中于5500 r/min 左右前径向轴瓦振值达到70 μm 以上，振动声音明显增大，触发汽轮机联锁跳车保护。在第二、第三次启动过程中，机组以相同原因触发跳车保护，导致离心式氧压机无法运行。当机组转速下降为0 后投入液压盘车机构，盘车轴晃动值37.5 μm。由于轴瓦振动严重超标，机组被迫转入检修状态[3]。

3.3 机组检修期间故障处理

在机组检修期间，维修人员拆开汽轮机前后轴承箱，拆出前后径向轴瓦后发现前轴瓦烧伤、变形明显，后轴瓦有轻微烧伤痕迹。前轴瓦更换新瓦一副，后轴瓦用水砂纸进行处理，并对振动、位移、测温元器件逐一检查。检修完毕后，建立油系统，启动液压盘车机构，盘车轴晃动值15 μm。按照冷态启动方式启动机组，机组达到冲转条件后开始冲转。主蒸汽压力3.53 MPa、温度435 ℃，排汽压力0.012 MPa，温度50 ℃。机组转速上升到1500 r/min 后，远方听声正常。继续将机组转速上升至3500 r/min，然后进行中速暖机，对机组各轴承振动情况进行检查，结果正常，轴瓦最大振幅为12 μm。中速暖机结束后，机组转速上升到6000 r/min，检查机组各参数情况，一切正常。升速至工作区间最低转速9000 r/min，轴瓦振动最大值15 μm，与冷态冲转的振动水平相当，故障得以排除。

3.4 轴瓦振动超标故障防范措施

从故障处理过程分析，在汽轮机故障排查和检修过程中，严格遵守相关操作规范十分重要，否则容易引发轴瓦振动超标问题，导致机组无法正常启动。针对振动测点故障问题，应对汽轮机元器件进行定期检查，并将其列入机组检修计划，确保相关维护工作的及时开展。在机组运行过程中，必须遵守静止转子不能向轴封供汽等规定，避免因汽轮机轴瓦烧伤、变形引发重大设备故障。在汽轮机热态工况下，不能盲目停运盘车和油泵，否则也容易引发轴瓦烧伤、变形事故。为防止同类事故发生，操作人员应明确检修时工艺处理关操作规定，降低人为因素的影响。在故障检修前，应做好准备工作，避免因备件等问题延误检修时间。通过做好故障防范措施，降低轴瓦振动超标故障发生的概率。

4 结束语

汽轮机在冲转过程中出现的轴瓦振动超标现象，可能是由于多种原因导致的。分析故障原因，可以避免因人为操作等方面的因素引发故障问题。同时在故障检修过程中，也需要规范操作，严格遵守相关技术操作规程，避免因违规操作对机组构件产生负面影响。通过实施故障处理及防范措施，恢复汽轮机的正常运行。