汽轮机振动高原因分析及对策

刘 强

(中海石油华鹤煤化有限公司,黑龙江鹤岗 154100)

1 工艺流程

汽轮机8.9 MPa、520 ℃的过热高压蒸汽从透平下部经速关阀进入蒸汽调解室,再经蒸汽高调节阀门控制进入汽轮机透平。在透平中部设有抽汽管,抽汽压力为4.4 MPa、温度为437 ℃的过热蒸汽送入中压蒸汽管网,其余蒸汽经中调节阀门调节后返回透平继续做功。乏汽从汽轮机末端排出后进入表面冷凝器,被凝汽器内管程的循环水冷凝成冷凝液,然后被冷凝液泵泵入真空抽气冷凝器的管程,作为真空抽气冷凝器的冷却水。冷凝液在真空抽气凝汽器完成热交换后,经过表面冷凝器液位调节阀调控后送至脱盐水系统[1]。

2 问题描述

2021年10月,合成气压缩机汽轮机排汽端振动(VI04451A/B)出现波动,振动由11.5 μm/7.5 μm波动至22 μm/16 μm;2021年11月振动开始频繁波动,有时一天波动4～5次,严重影响装置安全稳定运行。振动报警/联锁值为35 μm/53 μm。进汽端振动(VI04450A/B)最高波动至32 μm/21 μm,未达到报警值,排汽端振动(VI04451A/B)为69 μm/44 μm,达到联锁值。由于联锁形式为二选二,因此未引发机组跳车。振动从上涨开始达到最大值再到恢复正常值经历约20 min,机组各工艺参数、支撑轴瓦温度、位移未有变化(见表1)。

表1 2021年10月—2022年2月机组参数变化

3 故障排除

对仪表真实性进行检查,对可能造成探头间隙电压波动的原因进行分析:

(1) 防松螺母没有锁紧,探头会产生松动,间隙电压会产生较大的跳动并造成低频成分不固定地间歇性、跳动性强烈振动的假象[2]。

(2) 检修中不经意地碰伤探头,造成探头间隙电压突然降低或消失。

(3) 密封工作状态不好时,探头的密封胶及线圈会被油中的腐蚀介质腐蚀,造成间隙电压缓慢降低,并引起振动缓慢降低、直至消失。

排查检修记录确认机组探头安装无问题,查看状态监测系统间隙电压未发生异常,判断仪表数据振动、位移、瓦温为真实值。

4 机组振动原因分析

对比分析历次出现振动波动时的数据,汽轮机在近半年时间内,每次出现振动时的故障现象基本相同,即在转速保持不变的情况下,汽轮机两端轴振动及轴承座振动同步增大,增大速率及幅度无规律,出现的时间无规律,而且在透平两端出现振动波动时,压缩机的振动始终保持稳定。在振动出现变化时,机组负荷、温度、压力、流量等工艺参数均没有明显的调整。机组发生振动波动的过程中,频谱主要是转速的1倍频成分发生明显的增大现象,其他频率成分变化很小,未见有新的故障特征出现。

根据振动图谱分析,初步认为汽轮机可能存在以下2种故障:

(1) 蒸汽带液或有异物进入,对转子产生瞬时冲击,进而产生振动。

(2) 由于轴心轨迹出现反进动现象,透平可能存在动静件摩擦[3]。

汽轮机入口为过热的高压蒸汽,压力为8.9 MPa、温度为520 ℃,集散控制系统(DCS)实时监控蒸汽压力、温度。打开蒸汽放空未发现有液,蒸汽带液的故障基本可以排除。对汽轮机轴封蒸汽检查排水,未发现有液。

振动波动的主要特性频率为1X,同时伴随着1X相位的同步变化,但波动恢复后,相位基本可以恢复。转子平衡性发生变化,振动恢复后相位角恢复。轴心轨迹图不是平滑过渡,局部多处转折对应现象为摩擦。

怀疑内部出现动静摩擦故障,由于摩擦使转子出现了热弯曲效应,导致机组振动变大,具体摩擦位置怀疑在汽封、轴颈、接触式油档。轴承漏油或者油烟到油档,轴封处高温加热形成污泥油泥积累,转子和油泥之间接触振动上涨,将油泥摩擦除掉,机组振动下降,周而复始[4]。

5 处理措施

(1) 考虑到振动波动达到报警联锁值,为了避免非必要的停车,经讨论决定将汽轮机报警/联锁值由35 μm/53 μm改为55 μm/75 μm,并制定设备风险分析及监控预案。

(2) 降低润滑油温度,以增加油膜支撑刚度。

(3) 对排油烟管线进行吹扫,防止管线内积碳导致排油烟不畅。

(4) 制作降温装置接空气对透平进汽端轴端均匀降温,减缓油封、汽封处油泥、油垢的形成。

(5) 稳定机组蒸汽压力,避免因蒸汽管网波动引起机组波动。

(6) 2022年3月因前系统停车,合成气压缩机汽轮机被迫停车。决定对隔离氮气管线进行检查,发现高压侧隔离氮气管线接头处堵塞(见图1)。对隔离氮气接头处堵塞进行疏通,并将接头进行扩孔,由2 mm扩大到6 mm(见图2)。

图1 隔离氮气堵塞情况

6 效果验证

2022年7月大修,将汽轮机解体,检查发现氮气密封处存在油泥(见图3),同时主轴处有明显划痕(见图4),进一步印证了机组出现了动静摩擦引起机组振动。

图3 氮气密封处油泥

图4 氮气密封处划痕

优化调整氮气密封,对汽轮机氮气密封管线增加阀门单独控制进汽端、排汽端进气量。

由于轴承座内为微负压导致外界杂质向轴承 座内吸入,杂质、油污及蒸汽高温炭烤进而形成积碳现象,当积碳累积到一定量与转子接触导致振动变大,积碳被转子碰掉之后振动又回至正常值(见表2)。疏通汽轮机隔离氮气管线,彻底解决汽轮机振动高问题。

表2 2022年3月开车后汽轮机振动数据

7 结语

针对汽轮机频繁振动波动现象及成因进行分析,通过疏通汽轮机隔离氮气管线,彻底解决汽轮机振动高问题,保证汽轮机组的安全、稳定、运行。