催化煙機振動高原因分析及改善措施探討

李旺

（中海油惠州石化運行五部，廣東 惠州 516086）

1 概述

煙氣輪機作為催化裂化裝置的核心設備之一，擔任著煙氣能量回收，同時驅動主風機組運轉的作用。作為三機組甚至四機組的驅動設備，其能否穩定運行影響整個催化裂化裝置的平穩生產和能耗指標，甚至影響全廠的物料平衡及平均能耗。

YL31000A型煙氣輪機是催化裂化（Ⅱ）裝置項目中能量回收機組的關鍵設備，是由中國石化工程建設公司（SEI）和中國石油渤海裝備蘭州石油化工機械廠在多年積累YL型煙機設計、生產及運行經驗基礎上，設計生產的1臺結構簡單、合理、可靠的煙氣輪機。

裝置中的主風機組采用電機和煙氣輪機聯合驅動的三機組配置形式，如圖1所示。其參數如表1。

圖1 主風機組示意圖

某480萬t/年催化裂化裝置2017年9月1次開車成功，其中能量回收機組采用煙機-軸流式壓縮機-齒輪箱-電機的機組配置形式，如圖1所示。煙機和電機型號及參數見表1和表2。自2017年9月開工后，裝置運行平穩。主風機的運行靠電機和煙機同時帶動，電機始終處于授電狀態。

表1 煙機參數

表2 電機參數

煙機運行過程之中存在軸振動偏大的情況，主要體現在煙機后支撐軸瓦處。煙機的振動在大幅工藝調整及生產波動中，出現上漲且難以回落，振動值在數次波動中逐步上漲。2019年10月28日，進料流量波動導致再生器溫度及壓力波動，煙機最高振動從60μm升至66～-68μm，此后一直維持在63～65μm運行。2020年5月份中旬的振動趨勢如圖2所示，可見最高的振動值已經達到了71μm，此后VI13454的振動值維持在了65μm左右，已經在廠家規定的高報值上運行。2020年9月初，振動因生產波動再次上漲，此后振動峰值一度超過80μm,基本維持在78μm的振動值上運行，已經超過廠家所規定的高高報警值，于9月15日對主備風機進行切換操作，主機停運，煙機開始檢修。

圖2 2020年5月煙機后支撐軸瓦振動值

圖3 2020年9月煙機后支撐軸瓦振動值

2 振動高原因分析及應對措施

2.1 煙機垢物的影響

煙機解體后可見大量的催化劑垢物附著于靜葉、動葉、導流錐和煙機殼體上，垢物連片附著且硬度較大。有研究表明煙氣在適宜的溫度和濕度下可生成低熔點共晶體，低熔點共晶體會讓催化劑變得比較黏稠，因此催化劑粉末(直徑小于15μm)由于靜電作用會具備一定的吸附能力，在煙機輪盤冷卻蒸汽和密封蒸汽的作用下，催化劑細粉易在動葉、靜葉片及流道等部位更容易吸附沉積下來，從而破壞轉子動平衡。在停機與拆卸過程中，大片的結垢物從工件表面脫落，表現為停機冷縮后的剝離。因此可以推斷，在再生器負荷變化的過程中，受到高速煙氣的沖刷作用、煙氣溫度的變化以及輪盤冷卻蒸汽調整的影響，流道中的垢物從附著面上剝離，對轉動部分造成了沖擊，同時，動葉部分的垢物脫離造成了動平衡的破壞，振動也會上升。

針對此種情況，應該保障再生器壓力、再生溫度的穩定，提高和降低處理量要緩慢、平穩，不能出現大幅波動，同時，避免出現再生器尾燃的工況。及時關注三旋四旋的操作，控制好各個旋分器的線速，保證煙機入口的煙氣指標合格不超標。保證冷卻蒸汽的品質，嚴禁出現熱度不足和蒸汽帶水的情況發生。在控制輪盤溫度的時候，對輪盤冷卻蒸汽的調整應該平穩，切忌出現大幅度的波動，避免因煙氣沖刷出現大面積結垢層脫落，導致轉子動平衡被破壞，振動劇烈上升的情況。此次檢修也將轉子直接進行整體更換，確保轉子動葉葉片的完整性以及動平衡的精度。

2.2 軸瓦間隙及瓦背緊力的影響

拆卸后通過測量法對支撐軸瓦的間隙進行了計算，所得前后軸瓦間隙值分別為0.47mm及0.35mm，數值較大。同時，利用壓鉛絲的方法對前后軸瓦的瓦背進行了緊力測量，其中前軸瓦緊力為0.015mm，而后軸瓦的瓦背緊力值為正值，也即是瓦背沒有緊力而是存在間隙，最大的間隙值為0.18mm。

由于后軸瓦的瓦背存在間隙，軸瓦的振動空間大，進而引起了振動值偏高。2個緊力數據也正好符合運行過程之中前軸瓦振動值較后軸瓦振動值低的情況。一般瓦背緊力數據為0.05mm，緊力較大雖然可以一定程度緩解振動，卻會降低油膜厚度，影響軸承散熱，造成軸瓦溫度過高。因此，回裝時對前后瓦背墊了不同的銅皮，增加瓦背緊力，同時，不過度壓緊。調整后的前后緊力約為0.04mm。后續投用應該密切關注軸瓦溫度，避免超溫及磨損。

2.3 煙機入口煙氣壓力的影響

在長期運行的觀察中，發現了煙機入口煙氣壓力對振動的影響明顯。通過圖4對照，煙機入口煙氣壓力對煙機軸振動基本呈正相關關系。在入口煙氣壓力下降后，振動隨后出現升高，當入口壓力上升后，振動開始出現緩慢的下降趨勢。

圖4 煙機入口煙氣壓力與振動的關系

圖5 潤滑油冷后溫度（左軸）與振動關系

煙機入口煙氣壓力主要取決于再生器頂壓力。再生器壓力主要取決于主風流量和主風壓力，當主風流量和壓力基本維持不變，再生器壓力下降時，相當于煙氣后路的壓力在下降，來自再生器的煙氣進入煙氣管道的介質流速會上升，對煙機的沖擊力作用明顯，引起了振動的加劇。

另一個影響因素則為煙機入口壓力的下降，軸向力往煙機入口方向偏移，此時主副推力面的受力情況變化，由于推力軸瓦與后支撐軸瓦位于同一軸承箱體，整個部位的軸系振動及油膜的狀況受到了影響，引起了振動偏大。

因此，在操作中應該密切關注再生器壓力，避免煙機入口壓力大幅波動造成沖刷作用。同時，此次回裝過程在副推力瓦塊的基座加了0.3mm銅皮，適當調整了推力瓦的間隙，可以避免軸向力變化后對后徑向軸承油膜的沖擊。

2.4 潤滑油溫度對振動的影響

潤滑油主要作用是潤滑和減震。當潤滑油溫度低時，黏度增加，油不能順暢流于軸承之間，散布不均影響軸承油膜建立，容易使機組振動增大；當潤滑油溫度高時，黏度下降，油膜的剛度降低，進而導致油膜渦動，使振動加大。

從趨勢看潤滑油冷后溫度變化對振動沒有明顯影響。煙機潤滑油冷后溫度正常控制在39～42℃，煙機潤滑油冷后溫度的控制對煙機的長周期平穩運行是至關重要的，對潤滑油膜的形成起決定性作用，直接影響軸瓦的使用壽命。為了減少潤滑油冷后溫度對煙機振動的影響，我們可以通過潤滑油冷卻器的循環水調節及時改變潤滑油冷后溫度，使潤滑油冷后溫度一直保持在合理區間，保證油膜良好的建立，煙機振動升高后,對潤滑油冷后溫度進行了及時調整，保障機組平穩運行。

2.5 電機做功對煙機振動的影響

通過長期觀察，當煙機做功接近主風機耗功時，煙機振動會有所增加。因此，電機要保持在授電狀態不可以讓主電機發電，通過調節煙機入口蝶閥和雙動滑閥的開度來調整煙機與電機做功比例，使電機始終處于授電狀態。通過長期調整可以得出結論：主風機電機運行電流在280～370 A區間時，煙機振動較小。因此，適當調整煙機與電機的做功比例可以一定程度上降低煙機振動值。另外處理量的多少對煙機振動影響較為明顯，處理量較大時，煙機入口壓力偏大，煙機振動偏小；處理量較小時，煙機入口壓力偏小，煙機振動偏大。當裝置處理量較小時，電機做功較少；當裝置處理量較大時，適當提高電機做功比例，有助于煙機在較低振動值下運行。

2.6 及時進行卸廢劑和置換平衡

定期及時的將廢催化劑卸出，保證旋分器分離效率，使進入煙機的煙氣合格催化劑濃度保持在較低水平，實時在線監控粉塵濃度。加快平衡催化劑置換，保障煙機運行工況始終處于良好狀態。

3 煙機開機后振動情況及操作調整

煙氣輪機檢修完成后，煙機開始利用蒸汽進行預熱升溫，溫度達到220℃后，利用煙氣繼續升溫并沖轉。預熱過程升溫速度嚴格控制≤50℃/h標準，避免各部位受熱不均。煙機沖轉至2200轉時，電機變頻器啟動合閘，轉速逐漸提升至額定轉速，觀察運行約3h,無異常后進行主備機切換。主備機組切換正常運行后，煙機振動值VI13453為60μm左右,VI13454為48μm左右，前支撐瓦溫為70℃,后支撐瓦溫為65℃，各項指標均維持在報警值以下運行。

圖6 煙機啟機、切換后振動值

圖7 提量后煙機振動情況

從2020年10月11日上午9:00開始逐步提高裝置處理量，煙機入口壓力逐漸升高，煙機振動值VI13453逐漸降至46μm左右、VI13454維持在35μm左右，運行情況良好。

4 結語

催化煙機是整套裝置的核心設備，能否平穩運行直接關系到全廠的蒸汽平衡和經濟效益。本文通過生產實踐經驗具體分析了造成催化煙機振動偏高的原因并有針對性的采取一些措施，有效降低了煙機振動。通過生產優化操作，避免或者減少煙機結垢；加強檢維修管理、保證檢維修質量；控制好工藝參數及潤滑油冷后溫度，同時及時調整電機發電比例；保證煙機輪盤冷卻品質及合適的輪盤溫度；定期將廢催化劑卸出，保證旋分器分離效率，及時置換平衡劑，防止進入煙機煙氣催化劑濃度超標，保障煙機運行工況始終處于良好狀態，為催化裝置安、穩、長、滿、優運行提供了保障，也為同類裝置煙機振動高等問題的解決提供了參考。