淺析新CO2壓縮機組汽輪機頻繁跳車原因

呂云輝

(云天化集團呼倫貝爾金新化工有限公司內蒙古呼倫貝爾021506)

?

淺析新CO2壓縮機組汽輪機頻繁跳車原因

呂云輝

(云天化集團呼倫貝爾金新化工有限公司內蒙古呼倫貝爾021506)

云天化集團呼倫貝爾金新化工有限公司尿素裝置BHS25/01型CO2壓縮機組汽輪機用來驅動低壓缸和高壓缸，該汽輪機為單缸、軸流背壓沖動式機組。

1 汽輪機試車

該汽輪機在2015年單試的過程中，第1次試車成功，但是在試車過程中由于儀表溫度探頭出現故障，儀表人員在檢查探頭的時候誤將探頭短接，導致機組軸承溫度達到聯鎖值而跳車。而第2次試車在熱態狀況下，機組在2 000 r/min時因振動聯鎖而跳車。第3、第4和第5次試車均因振動聯鎖而跳車。

汽輪機機組第5次跳車后，由于該設備還未進行中交，由項目總包方負責該機組的中修，機組中修后進行了第6次試車，依然振動聯鎖而沒有成功；在機組完全冷卻后，又進行了第7次試車，但是振幅還是居高不下，并發現機組異響，現場緊急停車。隨后對機組進行了解體大修，發現平衡盤汽封和密封摩擦嚴重，進汽側主蒸汽管道膨脹量較大，超過了設計值；總包方對平衡盤汽封和密封進行了修復，對主蒸汽管道限位支架進行了整改，大修后再次開車，機組異響，現場緊急停車。隨后，總包方委托我公司專業檢修人員對機組進行了檢修，通過更換轉子、平衡盤密封、排汽側徑向軸承以及調整汽缸中心、整改主蒸汽管道限位支架等措施，最終機組第8次試車成功。汽輪機試車情況見表1。

2 振動原因分析

2.1 儀表探頭及聯軸節故障

經儀表專業人員現場檢查振動探頭無松動現象，對測振探頭用萬用表進行校驗檢查正常，振動探頭狀況良好，因此可排除儀表探頭的問題。

表1 汽輪機試車情況

通過前期檢修及本次解體大修檢查，聯軸節使用情況良好，并未發現異常，因此可排除聯軸節故障引起的振動。

2.2 潤滑油品質

對機組昆侖L- TSA46潤滑油進行檢驗，其結果：潤滑油運動黏度41.7 mm2/s、閃點180 ℃、酸堿值(以KOH計)0.09 mg/g、無水分及機械雜質，上述指標均合格，未發現異常現象。因此，可排除潤滑油品質不良引起的振動。

2.3 對中不良

轉子對中檢查結果見表2。

表2 轉子對中檢查結果 0.01 mm

由表2可知：轉子與前、后軸承座的同心度實測值與要求值偏差較大，轉子與前、后汽缸汽封處的同心度實測值與要求值偏差也較大。本次汽輪機是單試，故可排除汽輪機與壓縮機對中不良引起的振動。因此，汽輪機轉子與前、后軸承座及汽缸中心偏差較大，可能會引起機組振動增大。

2.4 軸承系統故障

軸承系統故障振動現象較多，如支撐系統松動、間隙不符合要求、油膜渦動等，在檢修過程中進行了仔細的檢查，發現進汽側徑向軸承瓦面磨痕較小；排汽側徑向軸承瓦面磨痕較大，并且呈扇形，說明排汽側軸承在運行過程中接觸不良。根據分析有關汽輪機振動頻譜圖上并未出現1/2倍頻的分量成分，因此可排除油膜渦動的可能。由以上分析可知，排汽側軸承在運行過程中接觸不良可引起軸承軸頸振動增大。

2.5 汽流激振

汽流激振典型的故障是其頻率以1/2倍頻分量為主，但在有關汽輪機振動頻譜圖上并未出現1/2倍頻的分量成分，因此可排除汽流激振引起的振動。

2.6 疏水不暢

汽輪機缸體疏水不暢可導致缸體積水，進而引發轉子帶水，從而致使機組振幅增大。大修期間，分別對前、后汽封疏水管以及平衡管疏水管等管道進行了檢查，所有疏水管均通暢，因此可排除缸體疏水不暢而引起的振動。

2.7 動靜部件摩擦

在第1次解體大修時發現轉子平衡盤汽封與平衡盤密封嚴重摩擦。第1次大修后沖轉過程中，隨著轉速上升，振動同步上升，暖機過程中也沒有下降。在4 900 r/min的穩速過程中速度有2處小抖動，振動隨之變小，轉速恢復后，振動也隨之恢復。這說明振動和轉速有直接關聯，這符合動靜摩擦的特點。另外，汽輪機振動頻譜圖中顯示這次沖轉中也是負1倍頻處振動占主導，也符合摩擦的特點，因此，轉子平衡盤汽封與密封發生了摩擦。

根據轉子1X(1X約為20 μm，-1X約為60 μm)提純軸心軌跡，轉子進動方向與旋轉方向相反，為“反進動”，因此，可確定轉子動靜部件(轉子平衡盤汽封與密封)發生了摩擦。

2.8 轉子動平衡

通過機組狀態監測系統SYSTEM 1獲得的停車前數據可看出：該轉子軸承軸頸部位振動頻率分量中，一倍頻分量為20 μm以上，遠遠高于其他分量，此現象是轉子不平衡的典型特征，可見該轉子存在一定的動不平衡。

2.9 蒸汽管道布置

在機組開車過程中，進汽側管道膨脹量實測值1 mm，而設計值只有0.1 mm。因此，進汽側主蒸汽管道膨脹將速關閥頂起而導致機組振幅過大。

綜上所述，引起機組軸承軸頸振幅過大而跳車的原因是汽輪機排汽側軸承在運行過程中接觸不良、轉子存在動不平衡以及轉子與前、后軸承座及汽缸中心偏差較大而導致汽輪機轉子動靜部件摩擦，而引起轉子動靜部件摩擦的原因是進汽側管道膨脹量超過了設計值。

3 解決措施

利用本次大修機會更換了轉子和排汽側徑向軸承。針對轉子動靜摩擦的問題，重新調整了汽輪機轉子與前、后軸承座及汽缸的同心度，更換了平衡盤密封，并將密封間隙調整至允許值。針對進汽側蒸汽管道膨脹問題，對管道限位支架進行了整改，以確保達到技術要求。

4 實施效果

在實施以上改進措施以后，汽輪機于2015年11月30日進行了試車，各項參數均符合設計要求，效果良好，汽輪機進、排汽側軸承軸頸振幅均穩定在18 μm以下。

2016- 06- 16)