YL-16000煙氣輪機振動原因分析及處理

趙大年

（中海石油寧波大榭石化機動部，浙江 寧波 315000）

1 裝置設備及背景簡介

中海石油大榭石化有限公司220萬噸/年催化裂解(DCC)裝置是國內DCC工藝規模最大的裝置，能量回收三機組即主風機組由YL-16000E型煙氣輪機和AV80-11軸流壓縮機、MAAG生產的GD-63型變速箱及YCH1120-4WTH型電機和潤滑油系統組成，在國內催化裝置中屬于大型機組。

因DCC裝置的設計參數與常規催化有較大的區別，國內DCC裝置的煙機運行一般不超過6個月就因為催化劑結垢、沖刷造成煙機運行不穩定而開備用主風機，切除煙機進行非計劃檢修，裝置降量運行，造成較大的經濟損失。

我公司DCC裝置從2016年11月起，煙機軸振動出現間斷波動現象，且隨著時間的推移，波動幅值呈增大趨勢，至2017年2月，最大峰值由44.5μm達到68μm，影響到煙機的安全運行，必要時需切除煙機，如果備機運行，裝置只能到70%的設計負荷，這樣將直接嚴重影響裝置的經濟效益。為了保證催化裝置的長周期平穩運行，為公司創造最大經濟效益，設備主管部門機械動力部組織生產運行六部研究、探討、調整工藝和設備操作參數，使煙機振動降低，達到機組長周期平穩運行的目的。

2 原因分析確定方向

2.1 設備概貌圖和測點布置圖（圖1）

2.2 VTI1512X/Y振動趨勢及波形、頻譜圖（圖2）

2.3 VTI1512X/Y的一倍頻振動幅值、相位趨勢圖（圖3）

2.4 設備運行狀態分析

機組自2016年6月14日開車運行至今，煙機側振動偶爾存在波動。近期振動波動頻率明顯提高，且幅值較高，驅動端振動存在報警。

圖1 機組概貌及測點布置

圖2 VTI1512X/Y振動趨勢及波形、頻譜圖

圖2為煙機非驅動端、驅動端各測點在1月30日23:50前后振動升高時的趨勢及波形、頻譜圖。從頻譜圖中可以看出，煙機非驅動端振動較低但X2倍頻較高，煙機驅動端振動較高，且以X1倍頻為主要成分。從波形圖中可以看出，振動值最大的測點VTI1512Y存在振動當量約9μm左右的電氣不平度，使其測量振動值比實際振動值偏大。振動波動過程中，從開始上升到恢復到之前狀態，持續時間約20分鐘左右。

圖3為煙機各點對應時間的X1倍頻幅值、相位趨勢圖。從圖中可以看出，振動波動期間，煙機X1倍頻幅值、相位變化均較大。

圖3 VTI1512X/Y的一倍頻振動幅值、相位趨勢圖

另外，從煙機兩端軸承振動波動前后軸心軌跡對比圖看，兩端軸心軌跡在振動升高后都發生了明顯變化，非驅動端波形存在輕微“削峰”現象。

2.5 診斷結果

（1）煙機各測點存在振動升高后再恢復到之前狀態的現象，且持續時間較長，不能排除煙機轉子與靜止部件對應表面之間結垢造成間隙過小而碰磨的可能，并與煙機輪盤冷卻蒸汽帶液、煙機進氣流量波動等因素造成轉子短時間內不平衡狀態變化有關，且在振動升高過程中煙機轉子與氣封等部位存在輕微碰磨。（2）煙機驅動端振動測點存在電氣不平度，其中測點VTI1512Y存在振動當量約9μm左右的電氣不平度，導致測量振動值比實際振動值偏大。（3）煙機轉子的同軸度精度較差，并使轉子在受到擾動時振動變化較大。

2.6 確定攻關方向

鑒于以上分析，考慮煙機氣封為蜂巢密封，煙氣中的催化劑易于堆積，且難于吹掃，長期堆積易導致摩擦轉子，另外，催化劑粉塵在機殼底部的沉積也會引起動靜部件的摩擦振動。故從如何減少催化劑堆積入手，確定方向，展開攻關。

3 采取的相應措施

（1）2016年6月14日三旋出口（雙閥前）粉塵濃度均值為14.5mg/m3，2017年2月24日三旋出口（煙機前）粉塵濃度均值為93mg/m3。粒度分析結果是三旋出口的粉塵粒徑較小，小于1.26um的顆粒占27.37%；小于3.98um的約占91%，通過以上數據可知煙機入口煙氣大顆粒催化劑含量很少，但是小顆粒催化劑含量較多，小粒徑催化劑含量增多，則催化劑易在煙機內件表面結垢、粘附并沖刷部件。考慮煙機氣封為蜂巢密封，煙氣中的催化劑易于堆積，且難以吹掃，長期堆積易導致摩擦轉子。查看煙機氣封密封蒸汽壓差相對較小，計劃逐步提至50kPa觀察，且每班對煙機氣封吹掃1次，一天吹掃3次。同時煙機底部排空采取煙氣長排的方式，防止催化劑粉塵在機殼底部的沉積引起的動靜部件的摩擦振動。（2）嚴格控制輪盤冷卻蒸汽溫度和蒸汽用量：提高輪盤冷卻蒸汽的溫度，要求控制指標不低于285℃，防止蒸汽帶水。同時根據煙機設計文件，按照輪盤冷卻蒸汽用量的下限控制，輪盤冷卻蒸汽量由1100kg/h減少到800kg/h，在保證輪盤溫度控制指標的條件下，盡量降低蒸汽用量，減少蒸汽品質的變化對煙氣中攜帶的催化劑細粉在煙機內葉片、葉片根部、圍帶、殼體、氣封等部位粘附、堆積、結垢的影響。（3）在煙氣采樣中發現，煙氣放空采樣口瞬間有連續水滴，采樣槍持續有凝水現象。根據以上結果，煙氣中可能存在含水量較大的問題，工藝采取降低反再系統蒸汽用量大約3t/h的措施，避免帶液造成催化劑堆積，也減少催化劑的高溫熱崩破裂成小粒徑的幾率。（4）另外，石科院重新對催化劑的配方進行優化，使用配方優化后的催化劑。

4 印證采取措施后的效果

經過近1個月的運行，效果顯現：煙機振動振幅逐漸減小，波動間隔時間逐漸延長，由最頻繁的10天出現8次報警（超過65μm）到10天左右出現一次報警，最后進入7月后再沒有出現明顯的振動波動現象，煙機運行狀態趨于穩定。此舉有效解決了煙機振動波動影響能量回收三機組安全平穩長周期運行的難題。2016年9月RIPP(中石化石油化工科學研究院）與SEI（中國石化工程建設公司）兩家設計單位參與我公司裝置運行參數、產品指標、設備參數標定，均達到或個別高于設計參數。

5 結語

催化裂解（DCC）工藝與常規催化在設計方面有較大的區別，例如兩器水汽分壓大；催化劑粒徑小、磷含量高；煙機入口煙氣壓力低、線速低等這些條件的變化都增加了煙氣中催化劑細粉在煙機動靜部件上的結構和粘附力，給煙機的操作帶來了很大的難度。據了解，國內DCC裝置的煙機運行一般不超過6個月就因為催化劑結垢、沖刷造成煙機運行不穩定而開備用主風機，裝置降量生產，切除煙機進行檢修，這給企業帶來嚴重的經濟損失。該課題研究與實施對催化裝置的平穩運行和取得的經濟效益明顯，此舉不僅延長了裝置的平穩運行周期，而且從中取得了寶貴的煙機操作經驗，作為國內規模最大的DCC裝置，摸索和開創的DCC工藝中煙機長周期運行的操作技術和經驗，在煉化行業中值得推廣應用。

參考文獻：

[1]YL-16000煙機操作說明，蘭州長城透平機械技術開發成套有限公司,2016.