烟气轮机振动过大原因浅析

烟气轮机振动过大原因浅析
摘要：能量回收机组为重油催化裂化装置的关键设备，也是炼油厂节能效果最明显的大型机组。

机组的运行不但影响到装置的加工能力和长周期运行问题，而且直接关系着整个装置的平稳、高效运行和能耗水平。

机组振动过大使得整个催化裂化装置面临停产的风险。

关键字：催化、主风机、机组、烟气轮机
1.机组装置介绍
某石化企业320万吨/年催化
装置1#主风机采用三机组配制，
由烟气轮机、轴流风机、增速箱、电动/发电机及静叶控制系统、润滑油系统组成。

烟气轮机、轴流风机、增速箱及电机之间由联轴器连接,如下图：
YL-33000B AV100－13 GD-63 YCH1120-4
烟气轮机轴流主风机齿轮箱电动/发电机
其中烟气轮机为兰炼石化机械厂制造的单级透平，采用轴向进气和径向排气的悬臂转子结构，轴向进气可以使烟气进入烟气轮机时稳定地流动，以确保烟气中催化剂颗粒均匀分布。

径向排气管道安装有波纹管膨胀节，以便吸收介质温度过高引起的管道热应力。

其主要参数为：
型号YL-33000B
项目设计工况
某年上半年烟气轮机前轴轴径向振动逐步上升，7月间振动值由70µm 上升到80～90µm（报警值是80µm，跳车值是100µm）。

直接威胁了机组的安全运行和整个装置的平稳生产，甚至面临非计划停工的风险。

2
、机组振动特征
仪表显示各测点振动值如下表，其中除X 点外振动值基本稳定。

从表中除可以看到明显的振动值上升趋势外，还存在振动值突然增大，数小
时之后恢复至均值的情况。

3、原因分析
一般情况下，引起烟气轮机振动大的常见因素是转子不平衡，如轮盘或叶片
结垢、叶片损坏等。

判断转子不平衡的常用常用方法是频谱分析、二维全息谱分析。

1）频谱是指一个时域的信号在频域下的表示方式，可以针对信号进行傅里
叶变换而得，所得的结果会是以分别以幅度及相位为纵轴，频率为横轴的两张图，不过有时也会省略相位的信息，只有不同频率下对应幅度的资料。

有时也以“幅
度频谱”表示幅度随频率变化的情形，“相位频谱”表示相位随频率变化的情形。

频谱分析是一种将复噪声号分解为较简单信号的技术。

许多物理信号均可以
表示为许多不同频率简单信号的和。

找出一个信号在不同频率下的信息（可能是
幅度、功率、强度或相位等）的作法就是频谱分析。

信号若随着时间变化，且可以用幅度来表示，都有其对应的频谱。

包括可见
光（颜色）、音乐、无线电波、振动等都有这様的性质。

当这些物理现象用频谱
表示时，可以提供一些此信号产生原因的相关信息。

例如针对一个设备的振动，
可以借由其振动信号频谱的频率成分，推测振动是由哪些元件所造成。

经频谱分析判断，烟气轮机存在转子不平衡、主轴和齿轮轴不对中的问题。

为了确定具体原因，还需进一步做二维全息谱分析。

2）二维全息谱分析
转子在同一支撑截面内垂直和水平两个方向的振动信号，可以分解成次谐波
分量和高次谐波分量，把幅值、频率和相位两个方向频率相同的振动分别合成，
并将各频率分量的合成图罗列在一张频谱图上，这就是二维全息图谱。

经专业分析，转子的零部件不存在明显裂纹或结垢造成的问题。

综合频谱分析和二维全息图谱分析，结合机组运行时间并不太长（三年），
可以判断最大可能是催化剂进入轴和轴承间隙，引起振动不定时陡增，以及催化
剂不断累计引起振动趋势不断上升。

4、补救及检修措施
1.
做出振动原因主要是催化剂漏入轴承箱的判断之后，在尚未达到报警值之前，工艺上采取了多项减缓震动的补救措施。

催化剂由烟道进入轴承箱必须通过三级密封，即蒸汽密封、空气密封和油封。

对于汽封的作用，我们知道，烟气轮机的通流部分在径向位置上，为了防止动、静碰磨（主要是3个部分，隔板和大轴之间，动叶顶部和隔板之间，烟气轮
机大轴两端的出缸部分），是必需设计有间隙的，间隙太大了就存在漏气量增大
的问题，烟气轮机的效率就降低。

间隙太小，就容易造成动静摩擦，引起事故。

为了二者兼顾，于是汽封就出现了。

简而言之，汽封就是防止烟气通过轴封泄露
出烟气轮机。

烟机的汽封通常采用的是蜂窝密封。

蜂窝汽封主要用蜂窝带、汽封体经特殊
加工工艺组成一体。

蜂窝汽封带由六边形小蜂窝孔组成，期中六边形蜂窝孔的对
边距离为0.8-6mm，蜂窝深度为1.6-6mm.试验结果表明，蜂窝的尺寸对密封的动
力特性系数有较大的影响，蜂窝密封产生主阻尼和刚度很大，稳定性更好。

空气密封是工业风，防止密封蒸汽进入轴承箱，以免引起润滑油乳化变质。

油封是净化风，防止润滑油泄漏出轴承箱，采用净化风的目的同样是防止空气中
的水分进入润滑油中。

空气密封和油封采用传统的迷宫密封。

迷宫密封是由很多
梳齿与很多轴套交替的凸头和凹槽组成的狭窄而曲折的气道，漏气每经过一个轴
封梳齿压力就会降低，流动方向不断改变。

在扩容室中产生涡流速度不断减弱，
这样连续向后通过很多梳齿后压力降至大气压，流过轴封的蒸汽量与轴封间隙的
大小和轴封梳齿的数目多少有关。

轴封梳齿愈多，轴封间隙越小，漏流量越小。

传统疏齿式（迷宫式密封）为一种非接触式密封，不能杜绝泄漏，而是用
逐级节流的方法来抑制泄漏，由于受设备轴向长度的限制，使迷宫密封泄漏量较大，并且迷宫密封的泄漏流量随着压差的增大而急剧上升，其密封效率急剧下降，据相关统计资料显示，汽轮机间隙每增加0.0254mm，平均功率损失约4~5kW 。

针对此三级密封，为了减小烟气泄露量，尝试在允许范围内分梯度增加密封
蒸汽和密封空气流量和压力的方式，观察振动减小情况。

结果并不理想，由此判
断三级密封已经损坏较为严重。

1.
在烟机振动达到报警值之后采取切换备风机检修措施
拆开烟机密封后发现，蜂窝密封的很多六边形小蜂窝已经被泄露的催化剂填满，使得密封的效率大大下降，催化剂泄露量明显增大。

5、检修效果
更换新蜂窝密封之后，烟机径向振动值完全恢复正常。

反应进料量达到检修
前的正常值时，振动值只有30～40µm，且保持稳定，陡然增大的情况也完全消失。

主要原因在于蜂窝密封的修复完全弥补了压差、轴封间隙的正常波动带来的泄露
量增大。

结束语
1.
烟气轮机震动大是烟机的常见问题，但较普通的汽轮机在振动原因排查方面更为困难和复杂，因为催化剂粉尘对机组的损耗比普通汽轮机大得多。

烟气轮机的平稳运行对催化裂化装置的重要性不言而喻。

这就要求我们综合运用各种手段迅速查找和确认故障根源。

2.
针对该机组故障，及时采取有效措施，成功避免了重大设备事故的发生，缩短了检修时间，为大型机组的故障诊断积累了宝贵的经验。