催化裂化煙氣輪機(jī)異常振動(dòng)故障診斷

王 華

作者通聯(lián)：中油撫順石化設(shè)備檢測(cè)監(jiān)理研究中心 遼寧撫順市渾河南路中段18-5號(hào) 113008

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1.概述

催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)組是通過(guò)回收再生煙氣帶動(dòng)主風(fēng)機(jī)為整個(gè)裝置供風(fēng)的心臟設(shè)備。煙氣輪機(jī)能否正常運(yùn)行是企業(yè)催化裂化裝置節(jié)能降耗和巨大經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。從多年的工作經(jīng)驗(yàn)看，煙機(jī)非工藝性故障停車(chē)的原因大多由于振動(dòng)超標(biāo)。引起振動(dòng)超標(biāo)的因素有很多，一般情況下人工裝配誤差、轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡、轉(zhuǎn)子磨損、葉片斷裂、管道或殼體變形等都有可能產(chǎn)生振動(dòng)超標(biāo)。而這其中一半以上的故障停機(jī)是由于煙機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡遭到破壞引起的。總結(jié)工作中常遇到故障實(shí)例，催化劑細(xì)粉堆積和結(jié)垢及催化劑顆粒對(duì)煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子的沖刷是破壞煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的重要原因。

從目前國(guó)內(nèi)外對(duì)煙氣輪機(jī)結(jié)垢的研究和煙氣輪機(jī)垢樣的顯微觀察分析，煙氣輪機(jī)結(jié)垢的主要原因：一是進(jìn)入煙氣輪機(jī)的煙氣中含有大量的催化劑細(xì)粉，為煙氣輪機(jī)結(jié)垢提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，細(xì)粉越多，結(jié)垢速度越快；二是催化劑細(xì)粉顆粒存在靜電吸附作用，當(dāng)催化劑細(xì)粉顆粒的靜電吸附力大于其離心力后，便能將小于5μm的細(xì)粉逐層吸附加厚形成結(jié)垢；三是在細(xì)粉表面有粘結(jié)物質(zhì)存在（研究表明硫酸鈣在670℃左右時(shí)粘結(jié)性最強(qiáng)，鐵與催化劑成分中的硅和鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的共熔相物質(zhì)，也起到了粘結(jié)劑的作用，此外在高溫下形成的磷酸鹽也具有粘結(jié)性）；四是在煙氣輪機(jī)內(nèi)有一定的溫降過(guò)程，使催化劑結(jié)垢玻璃體逐漸變硬。

圖1 機(jī)組構(gòu)成及測(cè)點(diǎn)布置示

2.煙氣輪機(jī)異常振動(dòng)故障診斷

某廠催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)—煙氣輪機(jī)能量回收機(jī)組構(gòu)成及測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1，主要由煙氣輪機(jī)（以下簡(jiǎn)稱煙機(jī)）、軸流式壓縮機(jī)、齒輪箱、電機(jī)/發(fā)電機(jī)組成。從2009年1月始煙機(jī)軸瓦各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值緩慢升高，在2009年8月-9月煙機(jī)振動(dòng)上升至100μm以上（各測(cè)點(diǎn)通頻值見(jiàn)表1），而且振動(dòng)出現(xiàn)頻繁波動(dòng)，軸流風(fēng)機(jī)、齒輪箱和電機(jī)的各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值較穩(wěn)定。

表1 煙機(jī)軸瓦各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)通頻值 μm

首先查看煙機(jī)振動(dòng)的真實(shí)性。煙機(jī)4個(gè)徑向振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的間隙電壓一直穩(wěn)定在線性工作范圍內(nèi)，振動(dòng)突變前后間隙電壓線性增長(zhǎng)，說(shuō)明振動(dòng)傳感器工作正常，所測(cè)振動(dòng)值真實(shí)可靠。

圖2 煙機(jī)非聯(lián)軸端XI1001（CH1）和XI1002（CH2）5月和9月時(shí)域波形及頻譜圖

圖3 煙機(jī)聯(lián)軸端 XI1003（CH3）和 XI1004（CH4））5 月和9月時(shí)域波形及頻譜圖

比較煙機(jī)振動(dòng)升高前后的頻譜圖（圖2和圖3），煙機(jī)通頻振動(dòng)幅值上升是由工頻幅值增長(zhǎng)引起的，9月煙機(jī)振動(dòng)的頻譜顯示能量主要是集中在工頻上，而且工頻能量占整個(gè)通頻總能量的90%以上，其二倍頻和半倍頻的幅值基本穩(wěn)定，無(wú)明顯的變化。振動(dòng)時(shí)域波形為正弦波，波峰波谷有細(xì)小毛刺出現(xiàn)，可能存在動(dòng)靜碰摩。

觀察煙機(jī)前后軸的軸心軌跡（圖4和圖5），前軸瓦的軸心軌跡幾乎成為一條斜線，后軸瓦的軸心軌跡較扁，前后軸瓦軸心軌跡都不是光滑的曲線，后瓦有明顯的尖角出現(xiàn)，分析認(rèn)為煙機(jī)轉(zhuǎn)子存在局部回轉(zhuǎn)不光滑，周期性的動(dòng)靜碰摩。

三旋出入口催化劑激光分析儀的檢測(cè)結(jié)果顯示，三旋出口的煙氣催化劑顆粒濃度超標(biāo)，三旋效率僅為6%，即進(jìn)入煙氣輪機(jī)的煙氣含有過(guò)量的催化劑（包括催化劑細(xì)粉和顆粒）。

通過(guò)對(duì)上述振動(dòng)信號(hào)及三旋出口煙氣催化劑顆粒濃度結(jié)果分析得出：（1）煙氣輪機(jī)振動(dòng)波動(dòng)且振動(dòng)幅值較高是由于轉(zhuǎn)子存在動(dòng)不平衡故障，可能是由于煙氣中的催化劑顆粒對(duì)動(dòng)葉片的不均勻沖刷磨損，或催化劑細(xì)粉在轉(zhuǎn)子上不均勻堆積結(jié)垢及垢塊局部脫落引起的。（2）煙機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間可能存在動(dòng)靜摩擦。由于催化劑在圍帶上沉積到一定程度時(shí)，造成動(dòng)葉片頂部與圍帶間隙減少，使得動(dòng)葉片頂部與圍帶上燒結(jié)的催化劑產(chǎn)生周期性的碰摩。

圖4 9月煙機(jī)非聯(lián)軸端軸心軌跡

圖5 9月煙機(jī)聯(lián)軸端軸心軌跡

由于煙機(jī)振動(dòng)偏高，三旋出口的煙氣催化劑顆粒濃度超標(biāo)，三旋效率低，煙機(jī)繼續(xù)運(yùn)行可能造成不堪后果，于是裝置停氣小修，更換煙機(jī)轉(zhuǎn)子。煙機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子葉片有較厚的玻璃體垢層，葉片和葉片根部有明顯沖刷痕跡，葉片根部沖刷痕跡較深，轉(zhuǎn)子輪盤(pán)有碰摩痕跡。

針對(duì)煙氣輪機(jī)的惡劣工況導(dǎo)致催化劑細(xì)粉堆積和結(jié)垢及催化劑顆粒對(duì)煙機(jī)轉(zhuǎn)子沖刷引起的振動(dòng)異常，在操作過(guò)程中應(yīng)努力確保催化劑質(zhì)量，防止工藝操作大幅波動(dòng)，加強(qiáng)煙氣中催化劑濃度和粒度的檢測(cè)，全面加強(qiáng)對(duì)煙氣輪機(jī)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)，保證煙機(jī)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。