機組漸變性振動故障的分析與處理

屈世棟

（中國石油化工股份天津分公司裝備研究院，天津 300271）

0 引言

某石化公司煉油部煙氣能量回收機組是催化裝置的關鍵設備，由煙氣透平、軸流壓縮機、汽輪機、變速箱和同步電動/發電機組成（表1）。

表1 能量回收機組技術規格參數

該機組大修后2016 年9 月至2018 年7 月15 日運行狀態一直平穩，7 月15 日之后汽輪機兩端測點振動持續緩慢增大，嚴重影響到機組的安全穩定運行。為查明故障原因，對機組進行振動信號分析及故障診斷。煙機振動監測系統測點分布見圖1，其中汽輪機共有4 個振動測點，分別為排氣側振動測點Y17-1、Y17-2，進氣測振動測點Y18-1、Y18-2，振動高報警值55 μm、高高報警值80 μm。

圖1 能量回收機組振動監測系統測點

1 汽輪機振動值波動情況

能量回收機組于2016 年8 月停機大修，該機組大修后正常開機運行，從2016 年9 月30 日至2018 年7 月15 日該機組運行狀態一直平穩正常。2018 年7 月15 日之后汽輪機兩端4 個測點振動持續緩慢增大，至9 月21 日達到最大。汽輪機4 個測點（Y17-1、Y17-2、Y18-1、Y18-2）的通頻振動峰峰值分別由10 μm，16 μm，14 μm，10 μm 增加到31 μm，53 μm，28 μm，14 μm，已經接近汽輪機的振動報警值（圖2）。在此期間能量回收機組其他測點的通頻振動幅值均在正常范圍內，振動變化趨勢平穩（圖3）。汽輪機兩端振動的持續增大嚴重威脅到機組的安全穩定運行。

圖2 7 月15 日至9 月21 日汽輪機兩端通頻振動趨勢

圖3 7 月15 日至9 月21 日機組其他測點通頻振動趨勢

2 振動信號真實性確認

對機組其他運行工藝參數進行檢查無明顯異常，經儀表校驗及查看機組汽輪機兩端4 個測點的振動探頭GAP 電壓趨勢圖，測點的GAP 電壓均在正常范圍內，也確認探頭無問題、數值真實準確（圖4）。初步分析認為，能量回收機組在風機運行的負荷狀態也對整個軸系有所影響，汽輪機Y17-1、Y17-2 測點和風機相連接，受影響較大。期間通過降低靜葉開度并將汽輪機耗汽降低2 t/h 至28t/h，振動由32.2 μm 降至26.1 μm，但下降效果一般，因此要求車間各班組加強觀察汽機振動情況、做好班組記錄交接。

圖4 機組振動探頭的GAP 電壓變化趨勢

3 振動信號特征分析

為了確定機組振動增大的原因，對S8000 機組振動在線監測系統記錄的振動信號及特征譜圖進行精密分析。從機組所有測點的通頻振動趨勢圖可以看出，該機組只是汽輪機兩端的4個測點增大明顯而其他測點振值變化趨勢平穩。由此重點分析汽輪機兩端4 個測點的振動信號。

查看機組在線狀態監測系統的振動信號歷史數據，發現汽輪機兩端的振動增大主要為工頻增大引起：振動增大過程中4個測點的振動工頻幅值及相位均發生明顯緩慢變化[1]（圖5）；而且汽輪機兩端4 個測點振動頻譜圖中（圖6）主導頻率成分為工頻，工頻幅值占通頻振值的90%以上；汽輪機轉子兩端的軸心軌跡圖（圖7）均為橢圓、正進動。這些是典型的轉子存在動不平衡的振動特征，說明汽輪機轉子動平衡狀態存在明顯的劣化趨勢，動平衡狀態變差引起轉子的振動持續增大。

圖5 汽輪機兩端測點工頻振動變化趨勢

圖6 汽輪機兩端測點工頻振動頻譜圖

圖7 9 月21 日汽輪機軸承的軸心軌跡圖

該機組的汽輪機用汽為車間自產的蒸汽，由余熱鍋爐產生的3.5 MPa 蒸汽提供并和煙氣輪機一起驅動軸流壓縮機工作外，剩余功率通過發電機發電。如果蒸汽品質不佳，不僅會造成結垢、使轉子動平衡狀態發生變化及振動值增大，而且還會使通流面積明顯變小、蒸汽難以充分膨脹，從而引起監視段壓力高和出力不足。所以，蒸汽的品質直接影響著汽輪機的效率和長周期運行水平。

4 結論及處理措施

4.1 結論

綜合S8000 機組振動在線監測系統的振動信號分析及機組運行工藝狀態分析，判斷為汽輪機轉子結垢致使轉子動平衡變差導致機組運行振動值增大，該故障為轉子漸變動不平衡短期內不會迅速惡化。如果停機檢修正常生產一旦中斷將會導致巨大的經濟損失，因此決定不停機檢修加強巡檢穩定工藝操作，利用在線振動監測系統監護其運行同時采取如下的處理措施。

4.2 處理措施

（1）2018 年9 月21 日開始，組織對影響汽輪機蒸汽品質的容13、容14 及余鍋進行置換排污等工藝操作調整。

（2）降低汽輪機負荷，緩慢降低汽輪機蒸汽耗量（28 t/h 降至24 t/h）。

（3）制定振動異常升高的應急預案，必要時將電機由發電改為電動，以大幅降低汽輪機耗汽。

經采取以上的處理措施后，該機組自2018 年9 月21 日振動增長趨勢見緩。經過近一個月的運行調整至10 月11 日左右機組汽輪機兩端4 個測點的振動逐步回落至正常水平，至今運行正常平穩（圖8）。

圖8 9 月21 日至10 月11 日汽輪機兩端測點振動趨勢