呼和浩特石化公司催化裂化軸流風機故障分析

付長虹

（內蒙古呼和浩特石化公司，內蒙古 呼和浩特 010000）

1 故障經過

1.1 機組簡介

圖1

風機型號為 AV56-13。進氣壓力0.0879 Mpa(A)、出口壓力0.41 MPa(A)、額定軸功率8200kw、額定轉速5868rpm。

1.2 自保連鎖報警設置情況

按照設計，機組連鎖停機項目包括：潤滑油壓力過低、機組位移過大、機組超速、機組連續逆流四項內容。振動過大設計不帶停機連鎖，只發出報警信號。當機組振動值≥87μm 的情況下，發出機組振動大報警；當振動值≥105μm 的情況下，發出機組振動過大報警，由操作人員實施停機操作。

1.3 故障前檢修內容

本次檢修主要工作內容是軸流風機部分進行風機轉子修復后回裝、靜葉承缸修復后回裝、軸瓦調整、軸系找正、靜葉調節系統整定等工作，煙機部分進行轉子更換、軸瓦調整等工作。

1.4 故障發生前后的具體過程

2008年5月24日12 時54 分，催化裂化軸流風機突然振動大漲，超過了105μm 的報警上限，最大達到170μm。緊接著主風機連鎖停機。事故后，呼和浩特石化公司迅速與軸流風機制造廠家聯系。要求廠家派人到現場。5月25 號在廠家人員的指導下，解體風機。發現轉子葉片，靜葉損毀嚴重。下面就本次開機前后過程進行簡單回顧。

圖2 事故發生后轉子照片

本次機組檢修是由于2008年3月25日軸流風機轉子葉片斷裂損毀后，經過陜西鼓風機廠全面檢查修復后，進行修復安裝的。整個的安裝調試工作都是在陜西鼓風機廠技術人員指導確認下完成的。時間從2008年5月9日轉子到場，5月22日完成全部安裝工作。5月23日開始進行機組修復后72小時運行考核工作。

三機組開機及切換過程如下：

2008年5月23日10：00 引煙氣暖機煙機升速，23日 17：00 煙機轉速5400rpm 電機合閘，風機提負荷提壓力進行機組切換，23日 23：27 機組切換完畢。23日23：48 風機提負荷靜葉由 56.8 °開至 68.9 °，24日 0：10 靜葉由 68.9 °開至 74.2 °，0：25 靜葉由 74.2 °開至 77.3°，0：50 靜 葉 由77.3 °開至 78.6 °,01：19 靜葉由 78.6 °關至 76.4 °。

三機組切換完畢后，反應崗位調整操作，再生器壓力23日23：27 從0.17Mpa 至24日0：27提至0.23MPa 以后一直控制在0.23MPa。反應溫度一直控制在500℃左右。提升管進料量一直控制在110T/H。再生器主風量FI2001A 23日23：05 顯示 8500NM3/H，23：30 顯示 105000NM3/H，23：50 顯示 112000NM3/H，24日 0：11 顯示116000NM3/H，直至 24日 12：54(主風機時鐘顯示比DCS 時鐘快10 分鐘)下降為0NM3/H。

2 原因分析

2.1 在葉片上存在裂紋性缺陷

圖2為發生斷裂事故后的轉子圖，從圖中可以看出第7 級葉片全部斷裂，其余2、3、4、5、6、8 級葉片發生不同程度的塑性變形，這主要是由于7 級斷裂后的葉片對其余葉片的撞擊所至。

圖 3(a)、(b)所示為 7 級葉片斷裂后，部分葉片的根部照片。從照片可以看出，裂口左邊存在被氧化的痕跡，右邊斷裂區較平滑，具有脆性斷裂的特征。由于機組只運行了13 個小時，從裂紋特征可以推斷，在這次運行之初，動葉上就已經存在裂紋。根據《AV56－13 軸流壓縮機轉子、承缸返廠修復技術協議》，要對轉子全部動靜葉片進行磁粉探傷檢查。檢查報告制造廠沒有提供。但是陳舊裂紋的存在，是檢修不完全的結果，因此這部分后果因該由制造廠來負。

圖3 葉片斷口圖

2.2 轉子運轉過程可能存在碰磨現象

根據現場數據分析的結果，機組啟車運行后，出現了三次比較大的振動，直到最后停機。圖4 所示為風機剛剛達到工作轉速時的波形及頻譜圖，從圖中可以看出，二倍頻信號越占同頻信號的1/3，同時出現分頻振動，雖然不是很大。圖5 為此時的軸心軌跡，在煙機側的軸心軌跡為正進動，增速箱側的軸心軌跡為反進動，并且軸心軌跡為不規則的圓形。以上種種現象表明，根據目前能夠收集到的材料看，此時轉子煙機側和增速箱側可能存在碰磨故障。

圖6 所示為在第一次振動突增時的波形及頻譜圖，從圖中可以看出，測點2025 出現倍頻分量和同頻分量，測點2026 的倍頻振動已經和同頻振動接近相等，通過圖7(a)可以看出，此時該處的軸心軌跡為正“8”字形，出現比較明顯的磨碰跡象。從圖6(c,d)可以看出，此時的增速箱側的測點處的頻譜信號中，出現較豐富的高次諧波，圖7(b)所示的該處的軸心軌跡也表明了，此時的轉子的磨碰現象加劇。

圖4 原始波形及頻譜

呼石化公司催化裂化裝置主風機組采用煙氣輪機——軸流風機——變速器——電機三機組型式的布置形式。煙機、軸流風機在高速端。電機在低速段。配置方式如下圖-1。

圖5 原始軸心軌跡（0:22'14''）

圖7 軸心軌跡(1:32'15'')

圖8 波形及頻譜(6:18'04'')

圖9 軸心軌跡(6:18'04'')

圖10 波形及頻譜(12:54’02”)

圖11 軸心軌跡 (12:54’02”)

圖8 所示為第二次振動突變時的波形及頻譜圖，其信號特征同第一次振動突變，只是此時的軸心軌跡為內“8”字形。

圖10 所示為轉子停車前的波形及頻譜圖，從此圖可以看出，除了轉子存在比較高的同頻信號外，轉子出現了較高的低頻振動。由于低頻振動實際上是轉子的整體“甩轉”，因此現場機組的振動非常劇烈，極具破壞性。這也是造成缺陷葉片斷裂的主要原因。圖11 所示的軸心軌跡看，此時的振動為內“8”字形。煙機側為反進動，增速箱側為正進動。

3 總結

3.1 間隙問題

根據故障前的檢修數據，下列數據超出了標準允許的范圍：徑向軸承側隙（排氣端）0.25mm（標準值為：0.32～0.35）徑向軸承側隙(進氣端)0.16mm（標準值為0.32～0.35）低于標準值,并且檢修后的數值經過制造廠同意。小間隙可能會導致機組的碰磨，這將會引起機組振的自激振動，從而加劇了振動故障。

3.2 裂紋問題

從7 級部分葉片斷裂后的根部照片可以看出，裂口左邊存在被氧化的痕跡，右邊斷裂區較平滑，具有脆性斷裂的特征。從裂紋特征可以推斷，在這次運行之初，動葉上就已經存在裂紋。從機組的振動趨勢上看，存在葉片分幾次斷裂的可能，因此，也可能在葉片的中部存在裂紋等缺陷，由于沒有已經斷裂的葉片做分析，目前只能推斷該方面的問題。