催化煙機轉子氣封磨損原因及改進措施

陳文忠，梁春育

（新疆獨山子石化公司煉油廠，新疆克拉瑪依833699）

催化煙機轉子氣封磨損原因及改進措施

陳文忠，梁春育

（新疆獨山子石化公司煉油廠，新疆克拉瑪依833699）

在檢修催化煙機過程中，發現煙機轉子氣封部位有3 mm左右深度的磨損溝槽，通過現場分析原因，采取相應的處理措施，按檢修要求回裝后，煙機運行狀況平穩。

煙機；氣封；葉片；壓差

0 前言

Ⅰ催化YL－3000M是催化裝置三機組中的一組，作用是通過廢煙氣驅動產生動力做功，并通過主風機（軸流風機）向再生器提供燒焦所需的空氣，是煉油廠節能降耗的關鍵機組。煙氣輪機做功后產生的廢氣可用于冬季取暖，并可在運行中降低電機的耗能，是煉油廠降本增效的典型設備。一旦煙機出現故障，就會對本裝置和下游的其他裝置產生嚴重影響。因此，石化公司和煉油廠對煙機的平穩運行非常重視，不斷地優化操作，技術革新，加強設備的維護和管理，盡可能地做到安穩長滿優運行。煙機是由短節、導氣錐、靜葉環組、轉子、氣封托架（蒸氣和空氣梳齒密封）油擋，軸承等部件組成，轉速6350 r/min，轉子重量760 kg，臨界轉速4872～5082 r/min。

1 故障現象

催化裝置三機組煙機軸振自2015年11月7日開機時的41 μm逐步上升，到2016年4月22日停機前最大值達到71 μm（圖1），從頻譜圖上看主振頻為1倍頻，初步分析為轉子故障。拆檢煙機轉子過程中發現，煙機轉子軸頸與小氣封（空氣氣封）配合處有深3 mm左右、寬度與小氣封寬度相同的磨損凹槽（圖2）。

2 原因分析

2.1 小氣封與軸頸徑向間隙變小

氣封用于煙氣輪機軸封氣路系統，通過注入蒸汽和空氣防止煙氣輪機中的煙氣泄漏到大氣中去，為提高氣封的密封效果和煙氣輪機的安全性能，催化裝置氣封環采用蜂窩密封技術，將原有梳齒型密封改為蜂窩密封。蜂窩密封是由非常薄的高溫合金片制成的，每個蜂窩直徑＜1 mm，密封效果好。蜂窩密封的另一個特點是可采用很小的密封間隙（0～10 μm），運行中允許蜂窩片與軸接觸，只會磨損蜂窩片，不會破壞轉子。

圖1 Ⅰ催化主風機振動監測位移值截圖

圖2 煙機轉子小氣封部位磨損圖

將煙機轉子吊出后，在小氣封表面發現有高約2 mm左右的催化劑結垢層（圖3），蜂窩孔已被催化劑堵死。分析催化劑結垢的原因是：①密封蒸汽壓力低，不能形成有效的密封，導致煙氣泄漏；②抽氣管線堵塞，由大氣封泄漏的煙氣、蒸汽與小氣封泄漏的空氣混合氣排氣不暢，造成混合氣經小氣封漏向大氣；③三旋效率下降，使煙氣中粉塵含量增大，使粉塵中大粒徑催化劑比例增大，由于煙氣中催化劑粒度超標，經小氣封時受混合氣中蒸汽水分的影響，催化劑開始結塊并附著在小氣封上并在氣封中部結塊沉積，當厚度超過小氣封與軸頸間隙時，結塊與轉子軸頸發生摩擦，最終磨損軸頸。大小氣封結構示意見圖4。

2.2 煙機轉子動不平衡量過大

從煙機振動趨勢圖可以看出，振動值隨運行時間的延長而逐漸增大，屬于典型的漸發性不平衡。分析原因是轉子上不均勻結垢，介質中（煙氣）粉塵的不均勻沉積，介質中顆粒對葉片不均勻磨損或腐蝕等因素造成的。另一方面，煙機轉子葉片與隼槽連接部位（輪盤外緣）存在沖刷，動葉片鎖片外露部位被沖刷（圖5、圖6），導致轉子動平衡被破壞。在對煙機轉子做動平衡時，由于條件的限制，只能通過低速（1000 r/min）動平衡機來對煙機轉子做平衡試驗，而實際工作轉速是6350 r/min，所以通過低速動平衡機做出來的平衡結果很難滿足工作需要，這也是導致轉子動平衡被破壞的原因之一。

圖3 舊氣封表面結垢

圖4 大小氣封結構示意

圖5 輪盤外緣鎖片磨損

3 改進措施

（1）減少軸徑和氣封磨損的主要途徑就是減少煙氣粉塵的含量，保證介質濃度、蒸汽含量及其與氣封空氣的壓差。如煙氣粉塵含量＜200 mg/m3，顆粒度直徑＞10 μm的濃度＜3%，蒸汽量800 kg/h，密封蒸汽與空氣的壓差＜0.5 kgf/cm2。蒸汽不僅起到冷卻作用，而且能顯著加大一次流的磨損，對轉子的受力及葉片的沖蝕動不平衡有很大的影響。大流量的蒸汽，可延緩煙氣在輪盤中的沉淀和結垢。另外，在工藝操作上應做到：檢查三旋，防止工藝參數的大幅度波動；減少催化劑品種的頻繁更換；加強反應崗位和機組崗位聯系，一旦有問題快速調整和處理；反應崗位催化劑加料盡量平穩。

（2）在檢查2個氣封之間的抽氣管時，發現其處于堵塞狀態，雜質為催化劑結垢物，導致催化劑不能及時排出在氣封處堆積和結垢。因此，及時的將催化劑排出是防止結垢的有效手段。將原有的鐵質抽氣管線改為橡膠管線（圖7），定期進行檢查和清理。

（3）根據現場的實際情況，更換煙機動葉片及鎖片，新動葉片逐個稱重，安裝動葉片并做動平衡試驗，動平衡試驗最終結果為：輪盤端最終剩余不平衡量為0.12 g，聯軸器端最終剩余不平衡量為1.7 g。符合YL-3000M型煙機說明書上關于轉子低速動平衡精度G1.0級的要求允許不平衡量50 g.cm（GB/T 9239-2006恒態（剛性）轉子平衡品質要求）。另外，建議在條件允許的情況下，盡量將煙機轉子返回廠家做動平衡試驗，以保證煙機的良好的運行狀況。

4 改進效果及建議

改進后催化三機組一次開車成功，S8000軸振數據顯示，最大值在輪盤側為42 μm，符合要求（圖8）。煙機轉子動平衡試驗最終不平衡質量雖然遠遠小于廠家出廠值，但現場實際軸振卻比安裝開機時大，需要以后進一步分析和完善動平衡試驗的方法及校驗標準。

圖6 輪盤鎖片磨損碎屑

圖7 抽氣管線材料改進

圖8 檢修前后煙機振動頻譜

〔編輯 李波〕

TK474.8+13

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.18