關于催化裂化裝置煙氣輪機常見故障分析

楊振興

摘 要：催化裂化裝置能量回收機組運行中經常因各種原因發生故障停車，在各類故障中由于煙氣輪機故障而導致機組停車占有很大的比例。煙氣輪機機組振動是制約機組平穩運行最常見的問題，本文通過狀態監測，運用故障診斷分析方法，總結了煙氣輪機常見故障特征機理，并結合機組歷史狀況，通過典型案例所采集的數據分析了煙氣輪機的常見故障，并提出了處理故障的對應方案。

關鍵詞：催化裂化;煙氣輪機;故障

1 煙氣輪機典型故障模式

1.1 不平衡及磨損

1.1.1 磨損

催化裂化裝置再生煙氣中所含催化劑為主的煙氣粉塵，隨煙氣一起高速通過煙機葉片，對煙機流道產生沖刷，在高溫的作用下，煙氣粉塵對轉子的磨損加劇，磨損嚴重的部位常發生在葉片、臺肩、榫槽等部位，會出現刀刃狀的劃痕，沖蝕嚴重時會出現蜂窩狀。

1.1.2 葉片斷裂

當葉片均勻沖刷時，磨損對煙機轉子的平衡影響不大，而當出現不均勻磨損時，轉子動平衡被破壞，機組振動值上升。當沖蝕現象日益加劇，葉片受損嚴重，同時機組振動逐漸加大，受損葉片在長期振動產生的交變應力作用下極易發生斷裂，葉片突然斷裂又會使煙機轉子動平衡嚴重破壞，振動值巨幅上升。

1.1.3 粉塵堆積

煙機采用飽和蒸汽冷卻、吹掃煙機輪盤。高溫的煙氣通過混有較低溫度的蒸汽時，或者吹掃蒸汽本身帶有不飽和蒸汽時，在水分凝結作用下，煙氣粉塵會大量附著在煙機流道及葉片上。這些結焦物有時是均勻分布的，有時是不均勻的，這將直接影響轉子的動平衡。特別是煙機高速旋轉過程中煙氣條件不斷變化或結焦物增多、增重后，附著在葉片某部位的結焦物受離心力作用被甩脫，這樣就嚴重破壞了轉子的動平衡，引起機組振動突發性升高。而當結焦物大部分被甩脫后，煙機的振動又會降下來。

1.2 動靜碰摩

對于煙氣輪機來說，由于高溫變形，煙氣粉塵堆積作用更容易發生碰摩故障。另外，分封間隙過小，同軸度偏差過大，油膜不穩，承載力減少等因素都會導致碰摩發生。動靜摩擦會產生切向摩擦力，使轉子產生渦動，轉子的強迫振動、碰摩自由振動和摩擦渦動疊加到一起，產生出復雜的、特有的振動響應，因為摩擦力表象具有明顯的非線性特征。

2 故障原因分析

2.1 殼體變形引起動靜葉片間隙過大，效率降低

殼體變形使得入口處法蘭產生橢圓現象，一、二級導流環和靜葉片隨之發生變形，從而使動葉片與導流環間發生刮磨。因此在檢修過程中將一級導流器葉頂與一級導流環間隙放大（水平方向最大處超過3mm），這樣避免了機組的刮磨問題，但煙氣輪機的效率卻大幅度下降。

2.2 工藝參數變化引起機組效率降低

工藝參數的變化也是機組效率降低的主要原因。首先是冬夏兩季室外溫度差異巨大，主風機入口溫度從- 30℃到+30℃變化，影響到煙氣輪機的運行參數。冬季氣溫低，煙氣輪機效率高，發電量大，每天在20000度以上;夏季氣溫高，煙氣輪機效率低，發電量少或不能發電。其次，煙氣旁路放空的雙動滑閥由于長時間處于高溫狀態，座圈與閥板、導軌都有較大變形。閥板關閉不嚴，造成一定量煙氣泄漏，當機組內煙氣量較低時也會使煙氣輪機效率降低。

3 解決方法與建議

3.1 作高速動平衡減少殘余不平衡量

對于高速旋轉的轉子而言，特別是工作于一階臨界轉速以上的撓性轉子，必須通過高速動平衡或全速動平衡來確定它的殘余不平衡量，并通過調整將其嚴格控制在18g·cm的標準范圍之內，這樣可以有效的減少轉子的殘余不平衡量，從而達到降低機組振動的目的。

3.2 嚴格控制煙氣中催化劑含量

煙氣中催化劑含量超標是誘發煙機故障產生的主要原因。由于催化劑含量的超標而產生一系列的問題，對機組的運行構成極大危害，是振動產生的基本根源之一。因此要嚴格控制再生煙氣中的催化劑含量，改進再生器一、二級，并確保三旋效果，使煙氣中的催化劑含量不大于0.2g/m3，有效地減少煙氣輪機機組內結垢的產生，從而延長機組部件的使用壽命。

3.3 增大蒸汽排凝管直徑，防止堵塞

蒸汽冷卻是煙氣輪機運行過程中所公認的冷卻方式，效果也非常明顯。但往往在檢修過程中發現蒸汽排凝管一般都被嚴重堵塞甚至堵死，這造成了蒸汽冷凝水無法通過管路正常排出而留在機器內部，并于高溫煙氣中的催化劑小顆粒結合成為垢塊粘結在轉子上，造成轉子不平衡引起振動。因此建議應加大四個蒸汽排凝管的孔徑（由54mm改為108mm），并在機組運行時保持1MPa的冷卻蒸汽壓力，溫度提高到28 0℃- 300℃（目前220℃-230℃），直接利用催化汽輪機的背壓汽，減少飽和蒸汽中夾帶的冷凝水量，從而減少結垢的產生。

4 總結

本文總結了煙氣輪機常見故障形式、機理及其故障特征，并結合重催裝置煙氣輪機具體故障進行了分析。通過分析發現，對大型設備尤其像煙機機組這樣復雜的多機組設備，它承受著機械、電氣、熱力等多種變化作用，且工況隨生產需要經常變化，使用單一的分析辦法很難判斷異常所在。在監測時應采用多種方法進行綜合分析，包括振動、鐵譜分析、工藝參數的相互聯系等，不斷完善機組狀態監測手段，提高故障診斷的精確的，確保機組的安全、長周期運行。

參考文獻：

[1]陳大禧，朱鐵光.大型回轉機械診斷現場實用技術[M].北京：機械工業出版社，2002：42-45.