汽轮机振动高的运行优化及处理

2021-01-06 02:40楚永利张麦真
化肥设计 2020年6期
关键词:测量点结垢汽轮机

楚永利,张麦真

(河南龙宇煤化工有限公司,河南 永城 476600)

河南龙宇煤化工有限公司(以下简称龙宇煤化工)二期净化工段设置4台离心式压缩机,其中2台为CO压缩机,1台为氨制冷压缩机,1台为CO2压缩机,4台压缩机的原动机均由背压式汽轮机驱动,为40万t/a煤制乙酸及20万t/a乙二醇项目配套使用。

1 工艺流程

来自前系统161 000Nm3/h的煤气在低温甲醇洗单元进行低温净化,产出127 000Nm3/h的合成气,合成气进入深冷分离单元进行低温分离,提纯出54 000Nm3/h一氧化碳气体,气体经低压一氧化碳压缩机加压至0.85MPa后,分两股外送,一股送至乙二醇单元,一股送至高压一氧化碳压缩机经加压至3.8MPa后送至乙酸单元。

高压一氧化碳压缩机组的结构如下:该机组汽轮机设计三级叶轮,设计功率2 411kW,设计过热蒸汽量25t,蒸汽压力8.8MPa,蒸汽温度540℃,汽轮机排汽压力0.8MPa,额定转速11 822r/min。汽轮机支撑轴承采用可倾瓦轴承,止推轴承采用米歇尔轴承。支撑轴承、止推轴承温度95℃报警,110℃停机。轴振动85μm报警,120μm停机。压缩机采用6级叶轮分三段压缩,各段之间设置有段间冷却器。设计工艺气量26 500Nm3/h,最终出口压力为3.8MPa。压缩机组流程见图1。

图1 CO压缩机组流程注:1.一段冷却器;2.二段冷却器;3.三段冷却器;4.入口分离器

2 汽轮机出现振动后的现象及危害

2.1 出现振动波动的现象

2017年9月12日,在汽轮机运行过程中,前、后轴承振动测量点出现无规则波动。第一次波动情况如下:汽轮机前轴承1号振动测量点由5μm上涨至11μm,2号振动测量点由8μm上涨至9μm,后轴承箱3号振动测量点由7μm上涨至14μm,4号振动测量点由6μm上涨至10μm,振动从上涨到下降的时间为13min。汽轮机振动从开始波动至2018年3月20日停机,汽轮机振动共波动27次,振动波动最高数值分别如下:1号为39μm,2号为52μm,3号为84μm,4号为68μm。期间,振动波动上涨至下降时间逐渐延长,最长时间1.2h。同时,随着汽轮机振动上涨,支撑轴承温度最高由54℃上涨至79℃,止推轴承测温点最高由61℃上涨至87℃,汽轮机位移最高波动±0.16mm。

2.2 出现振动后的危害

(1)当汽轮机振动出现波动时,转子的振幅逐渐增加,导致支撑轴承和止推轴承运行中形成的油膜不稳定,造成轴承瓦块因局部受力而磨损。

(2)汽轮机轴承箱轴端密封采用梳齿密封,材质为较软的铝合金,当汽轮机出现振动波动时,转子与轴端梳齿密封接触过量,造成汽轮机前后轴端梳齿密封磨损,润滑油外漏。

(3)因汽轮机出现振动,致测量仪表松动,造成仪表测量显示波动、测量失真。

(4)破坏汽轮机与压缩机对中,导致联轴器固定螺栓松动,造成机组振动加剧。

3 汽轮机振动原因分析

(1)该机组在4台汽轮机尾端,过热蒸汽压力偏低,且过热蒸汽管网压力控制不稳定,设计过热蒸汽压力8.8MPa,实际过热蒸汽压力在8.4~8.8MPa之间波动,当过热蒸汽压力出现快速上涨或下降时,汽轮机负荷快速变化,造成转子振动波动、轴承温度上涨。

(2)润滑油中机械杂质高,该汽轮机自2015年4月开始试车至2017年9月,在运行期间虽有停机检修,但未对润滑油箱进行清理,润滑油中机械杂质偏高,机械杂质进入汽轮机支撑轴承和止推轴承,造成汽轮机轴振动上涨。

(3)运行中使用专业仪器对转子运行中的状态、位置进行检测,从振动趋势和检测频谱结果来看,汽轮机转子在运行中存在不平衡,转子未在中心线位置,致使汽轮机转子与定子之间有轻微的摩擦,导致转子振动波动。

(4)机组运行后期,汽轮机使用蒸汽量逐渐上涨,判断汽轮机叶轮存在结垢现象,立即对所使用的过热蒸汽进行分析,发现蒸汽中钠含量12.6μg/L,SiO2含量19μg/L,钠含量超过设计值≤10μg/L,SiO2接近设计值20μg/L。由于汽轮机所使用过热蒸汽品质不高,长时间运行导致汽轮机蒸汽通流部件及叶轮表面结垢,随时间增加,结垢的厚度不断增加,当结垢厚度达到一定程度后,会导致汽轮机工作效率下降、动静部分出现摩擦,造成机组振动波动。

(5)汽轮机支撑轴承、止推轴承温度上涨,判断为汽轮机止推轴承、支撑轴承在振动波动期间有磨损现象,导致部分润滑油泄漏,轴承内形成的润滑油膜承载能力下降,当汽轮机出现振动时,轴承有轻微磨损,造成轴承温度上涨。

4 汽轮机出现振动的处理措施

4.1 采取优化措施保证机组运行

(1)将过热蒸汽压力由8.4MPa提高至8.9MPa,进入汽轮机过热蒸汽压力、温度提升后,同负荷下汽轮机使用的过热蒸汽量减小。降低汽轮机排气压力由0.8MPa降至0.6MPa,在配合汽轮机进汽的同时调整减轻汽轮机负荷,防止汽轮机因负荷波动而造成的振动波动。

(2)对汽轮机油系统过滤器进行切换,切换出的过滤器更换滤芯备用。使用在线滤油机对汽轮机润滑油中的机械杂质进行过滤,并在汽轮机停机后对润滑油路油箱进行清理。

(3)稳定前系统工艺气量及氢碳比,禁止工艺气量大幅度波动,致使汽轮机负荷频繁变化。稳定后系统乙酸单元CO使用量,使后系统保持在110%负荷运行,压缩机和汽轮机配合调整后使机组进入最佳运行状态。

(4)机组运行后期,汽轮机前、后轴承箱轴端密封出现漏油现象,漏油位置距离汽轮机本体及汽轮机排气管线较近,为了防止泄漏出的润滑油接触高温着火,制作漏油收集盒,把泄漏出的润滑油收集到盒内,统一回收清理。另外,在汽轮机两端使用低压氮气吹扫,降低漏油点氧含量,防止润滑油接触高温着火。

4.2 汽轮机停机检修

机组运行至2018年3月20日,汽轮机停机检查维修,消除运行中存在的隐患。

汽轮机降温4天后进行拆检,并对汽轮机运行期间所判断的原因进行验证,对存在的问题作如下处理。

4.2.1 汽轮机止推轴承磨损

机组拆检过程中发现,汽轮机前轴承箱止推轴承瓦块出现磨损积碳,挡油环出现严重磨损,挡油环磨损后止推轴承内润滑油量、油压下降,汽轮机运行中形成的油膜逐渐减薄,当机组振动出现波动时,由于止推轴承挡油环磨损润滑油外漏,造成油膜承载能力下降,轴承温度上涨。

4.2.2 瓦块、挡油环磨损处理

针对汽轮机前轴承止推瓦块和挡油环磨损,分别作出不同的处理,对止推瓦块的磨损程度进行测量,并使用专业工具对瓦块进行刮瓦修复,最终确保所有轴瓦测量合格。由于挡油环磨损严重,考虑修复后不能达到预期效果,决定更换前轴承挡油环。

4.2.3 汽轮机前后轴端密封漏油

汽轮机前后轴承箱经拆检后发现,前后轴端梳齿密封出现磨损,由于轴端梳齿密封材质为铝合金,材质硬度不高,在汽轮机出现振动后,前、后两端梳齿密封出现磨损,造成密封失效漏油。

4.2.4 前后轴端梳齿密封处理

根据汽轮机前、后轴承箱的轴端梳齿密封磨损情况分别进行处理,前轴承箱的轴端梳齿密封磨损情况较轻,对其进行修复,后轴承箱的轴端梳齿密封磨损比较严重,则进行更换。同时,对前后轴端密封进行技术改造,在轴端密封外侧钻出φ10的圆孔,与氮气管线连接,使用减压后30kPa的低压氮气向轴承箱内吹氮气,并在轴端密封最内侧两个梳齿下部钻出3个φ5圆孔作为回油,其密封原理类似于干气密封后置隔离气。经过改造后,汽轮机前、后轴承箱的轴端密封处漏油消失。

4.2.5 汽轮机转子结垢

汽轮机开缸后发现主汽门阀前过滤器(见图2)、叶轮、级间密封、汽轮机前、后汽封出现严重结垢(见图3)。汽轮机前、后汽封块部分弹簧卡死,无上下活动量。汽轮机转子、定子结垢致使汽轮机工作效率下降,使用蒸汽量增大。在运行中,随着汽轮机叶轮结垢厚度不断增加,转子的动平衡逐渐破坏,动静部分有轻微摩擦,致使汽轮机转子振动频繁波动,随转子、定子结垢厚度增加,转子振动频率、峰值逐渐上涨。

图2 主汽门阀前过滤器

图3 转子结垢照片

4.2.6 汽轮机转子结垢处理

(1)由于汽轮机转子动平衡受到破坏,需对汽轮机转子返厂做动平衡实验,在转子做动平衡前需清理转子表面结垢,并对转子做着色检查,未发现缺陷。转子在动平衡试验机上转动后发现,首级叶轮及二级叶轮相位不平衡量在13~57g左右,标准为30g,随后对转子进行不同转速下的调试,调试后对首级、二级叶轮进行打磨、加平衡块调整。由于转子存在较大问题,调试后转子的相位不平衡量接近标准数值。

(2)对汽轮机主汽门前过滤器、叶轮机级间密封、汽轮机前、后气封结垢进行清理,部分梳齿密封块进行更换,转子动平衡调试完成后,回装转子,调试各动、静之间间隙在指标要求内。

(3)针对过热蒸汽品质差的问题,采取调整药剂的措施,将原使用的药剂磷酸三钠改为化学药剂W800,更换后高压蒸汽品质明显好转,经分析,蒸汽中的钠含量≤2.56μg/kg,二氧化硅含量≤4.26μg/kg。当汽轮机再次拆检时,发现汽轮机通流部分及转子表面干净无结垢。

5 运行调整、检修后达到的效果

5.1 运行调整后达到的效果

在对汽轮机运行进行调整后,汽轮机之间每次振动、波动间隔逐渐延长,由原2~4d波动1次延长至10~13d波动1次,振动的峰值逐渐减小,其中,汽轮机1号振动测量点由最高的39μm降至16μm,2号振动测量点由最高52μm降至38μm,3号振动测量点由最高84μm降至61μm,4号振动测量点由最高68μm降至49μm。

5.2 检修后达到的效果

该汽轮机再次启机时,在升速过程中发现汽轮机临界转速由原临界转速下降600r/min,分析原因发现是因转子做动平衡增、减平衡块及一二级叶轮打磨所致。汽轮机在过临界过程中相较以往振动偏大,接近报警值,原因为该转子虽经过返厂处理,但转子的相位不平衡量未达到合格标准(30g以内),转子还存在转动不平衡状态。进入运行区后,汽轮机轴温、位移正常,与2017年9月未出现振动、波动前对比,前轴承箱振动数值偏大,其中,汽轮机前轴承1号测量点20μm,2号测量点33μm,后轴承箱3号测量点5μm,4号测量点10μm。汽轮机支撑、止推轴承温度最高为68℃,整体运行稳定。

考虑到转子动平衡仍然达不到合格标准,决定重新制作一根转子,制作周期为两个月,在2018年10月大修期间更换为新转子,更换后汽轮机1号测振点4μm,2号测振点6μm,后轴承箱3号测振点9μm,4号测振点5μm。机组其他参数均稳定正常。

6 结语

通过对汽轮机运行过程中出现的问题进行分析总结,及时判断汽轮机振动高的原因,并结合实际情况进行调整优化,及时有效地解决了汽轮机振动高的问题,为汽轮机长期运行积累了宝贵的经验,从而确保机组长周期稳定运行。

猜你喜欢
测量点结垢汽轮机
DCS实现汽轮机阀门关闭时间精确测量研究
飞机部件数字化调姿定位测量点的优选与构造算法
某区块浅层煤层气井结垢普查及成垢原因研究
300MW和600MW等级汽轮机通流改造经济性研究
采出水结垢机理及趋势预测研究
LH 深水油田采出水动态结垢特性及预测模型
油田注汽锅炉清垢周期算法研究与应用
汽轮机轴封风机疏水管线改造
热电偶应用与相关问题研究
DCM10kW数字循环调制中波广播发射机供电系统维护检修测量点的位置与电压