YL-3000M 煙氣輪機振動原因分析及處理

馮仲，梁春育，唐軍，劉武，李建平

（獨山子石化公司設備檢修公司，新疆 獨山子 833699）

某石化公司催化裂化裝置三機組由電機、主風機、煙氣輪機組成，為該廠的關鍵設備，其中煙氣輪機型號為YL-3000M，結構形式為軸向進氣、徑向排氣的懸臂支撐結構，主要由轉子組件、進氣機殼、靜葉組件、排氣機殼、軸承箱及軸承、底座、軸封系統和輪盤冷卻系統等部分組成，其中轉子組件由主軸、輪盤和動葉片組成，葉片表面為防止高溫催化劑沖蝕進行噴涂耐磨層處理。煙氣輪機利用催化再生器燒焦所產生的高溫低壓煙氣的熱能及壓力能做功，表現為帶有壓力（約0.15MPa）的高溫煙氣（約670℃）經過煙機的進氣室和靜葉整流，均勻地進入動葉，膨脹做功，推動煙機的轉子旋轉，從而帶動軸流風機做功，給反應提供足夠空氣，達到能量回收的目的。煙機的故障率較高，主要有葉片沖蝕轉子動平衡破壞、催化劑堆積造成動靜摩擦、軸承油膜失穩等，嚴重影響裝置的平穩運行和節能降耗目標的完成，需要對煙氣輪機的振動原因進行分析，并采取措施解決以保證關鍵設備的長周期運行。

1 故障現象及原因分析

該機組檢修后運行5 個月，軸振數值逐漸升高，軸振數據南2 探頭測得數值由開機42 微米上升至71 微米，離線監測數據（表1：橫坐標為日期（日）、縱坐標為速度值（mm/s））煙氣輪機軸承箱振動水平方向最大達9.2mm/s，已超標。圖1 為離線監測數據趨勢圖。

進一步分析發現頻譜圖（橫坐標為轉速mm/s、縱坐標為位移值μm）中主振頻為1 倍頻（圖2），同時伴有1X、2X、3X 等，軸心軌跡（圖3）為橢圓形（橫坐標為位移值μm、縱坐標為位移值μm），存在反進動，時域波形為正弦波。由此可以分析出引起煙氣輪機振動的原因是轉子動不平衡，同時動靜部位可能存在摩擦，帶著分析的問題對煙氣輪機進行拆檢，在拆檢過程中對發現的問題分析原因并進行處理。

表1 離線監測軸承箱殼體數據

圖1 離線監測數據趨勢圖

圖2 煙機軸振頻譜圖

1.1 軸頸磨損原因分析

在拆檢中發現煙機轉子軸頸與小氣封（空氣氣封）配合處有深2mm 左右、寬度與小氣封寬度相同的磨損凹槽（圖4），說明該處軸頸與氣封發生摩擦，與前期分析一致。造成磨損的原因主要是催化劑在空氣封（蜂窩密封）下部堆積成結垢層（圖5），當厚度超過軸頸與空氣封的半徑間隙時，會與旋轉的軸頸發生摩擦，導致軸頸磨損出現凹槽。

圖3 軸心軌跡

圖4 煙機軸頸磨損

圖5 空氣封下部催化劑堆積

造成空氣封下部催化劑結垢堆積磨損軸頸的原因主要是：①密封蒸汽壓力低，不能形成有效的密封，導致煙氣泄漏至空氣封處。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與轉子軸頸發生摩擦，最終磨損軸頸。圖6 為氣封組件示意圖。

圖6 氣封組件示意圖

1.2 動葉片與隼槽連接部位及動葉片鎖片沖刷原因分析

煙機轉子葉片與隼槽連接部位（輪盤外緣）存在沖刷（圖7），動葉片鎖片外露部位被沖刷（圖8），導致轉子動平衡破壞，振動數值上升，主振頻顯示為工頻。

圖7 隼槽部位沖刷

圖8 動葉片鎖片外露部分沖刷

煙氣輪機運行基本條件要求入口煙氣催化劑濃度滿足條件（＜200mg/Hm3）的情況下催化劑顆粒＞10μm 的應＜3%，通過查閱近期再生煙氣采樣分析報告（圖9）可知，煙氣中催化劑粒度嚴重超標（粒徑＞10μm 的達到20%以上），導致煙氣偏重，使其作用點發生了變化（圖10），未能按設計要求作用在動葉片上，而作用在葉片的根部（圖11），效率降低的同時也導致輪盤外緣及鎖片被沖刷磨損。

圖9 入口粒徑分布

particle diameter( 顆粒直徑)、volume（體積）、diffrerntial（粒徑分布）。

圖10 煙不同粒徑的催化劑顆粒作用圖

圖11 煙氣對葉片的沖蝕示意圖

1.3 葉頂間隙變化原因分析

對轉子動葉片葉頂與過渡環間隙測量發現上次檢修測量的數據發生了變化，上部間隙由安裝初始值2.2mm 擴大到2.9mm，下部間隙由安裝初始值2.1mm縮小到1.4mm（圖12），說明輪盤側轉子下沉了0.7mm，與氣封下部磨損對應。通過對煙機軸承箱結構查看，軸承箱為焊接式，下沉側為懸臂端。分析造成下沉的原因為懸臂側強度不足或焊接后產生的變形和應力未采取人工時效的方法去除，而自然失效時間不足（加工出廠到安裝不超過2 個月），在運行時殘余應力釋放，導致軸承箱體變形。

圖12 動葉頂部與過渡環間隙測量

2 解決措施

2.1 轉子振動問題處理

將煙機轉子動葉片拆除，對轉子清洗處理，更換動葉片及鎖片，為做動平衡試驗方便快捷，新葉片需要逐個稱重標識，將動葉片按質量從輕到重排列擺放，分成4 個區域安裝在輪盤隼槽中，鎖緊鎖片做動平衡試驗。動平衡最終結果為輪盤端最終剩余不平衡量為0.12g，聯軸器端最終剩余不平衡量為1.7g。符合YL-3000M型煙機說明書上關于轉子低速動平衡精度G1.0 級允許不平衡量不超過5g.mm 的要求（GB/T9239-2006 恒態（剛性）轉子平衡品質要求）。

2.2 動靜部分問題處理

空氣封處催化劑結垢是由于通過大氣封泄漏過來的煙氣和蒸汽排空管線為鋼管，檢查不便無法及時掌握運行情況，發生堵塞后不及時處理會造成煙氣、蒸汽和空氣的混合并在氣封表面沉降堆積結垢，磨損軸頸。通過對現場環境查看將原排空鋼管鋸開連接膠皮管線，定期打開檢查通暢情況，保證泄漏的煙氣、蒸汽及空氣能正常外排。

對于轉子懸臂端下沉問題，在不更換調整軸承箱的條件下，將煙機出口支腿上的4 個調整墊片的厚度由原來的4.62mm 磨到4.02mm，使煙機殼體下降0.60mm，主要實現以下目的：①調整動葉葉頂與過渡環上下側間隙均等，且保證轉子對中不受影響。經現場測量調整后過渡環與動葉頂部的間隙上部為2.3mm、下部為2.00mm。②調整煙機轉子軸頸與大氣封（Ⅰ）、小氣封（Ⅱ）的上下配合間隙。現場測量調整后大氣封與轉子上部間隙為0.50mm、下部間隙為0.40mm；小氣封上部間隙為0.45mm、下部間隙為0.30mm（標準：氣封環Ⅰ半徑間隙為0.40～0.60mm，氣封環Ⅱ半徑間隙為0.30～0.50mm）。

3 結語

通過狀態監測數據分析（見圖13），結合現場實際拆檢測量結果，查清了煙機振動數值偏大的原因，并通過調整動靜間隙、轉子做動平衡試驗等措施解決了目前存在的問題，開機后煙機軸振數值最大由71μm 下降至46μm，運行至今各振動數值符合要求且趨勢平穩，保證了關鍵機組的平穩運行，為廠里節能降耗提供保障。

圖13 處理前后狀態監測數據趨勢