催化装置烟气轮机振动故障的分析与诊断

催化装置烟气轮机振动故障的分析与诊断

本文应用旋转机械状态监测图谱、机组运行参数及检修方面的实际经验。经过综合分析，找出了延安炼油厂200万吨/催化装置烟机振动故障形成的原因。为同类型机组运行故障的排除提供了可以借鉴的宝贵经验。

标签：烟气轮机振动大状态监测烟气粉尘含量

一、前言

延安炼油厂200万吨/催化装置四机组中的烟气轮机（YL-18000A）为该装置的节能减耗的核心设备。2013年5月20日12点左右，烟机进气温度由639℃降低至590℃。烟机轴振动出现异常波动，烟机前轴XIA2712从26μm上升到60μm，后轴XIA2714从23μm上升到36μm 。此后，烟机振动XIA2712值出现多次波动最高时上升至78μm。针对此次异常状况，我们立即进行了详细分析。

二、分析情况

1.旋转机械状态在线监测图谱基本情况

烟机前端轴承测点为XI-2711 XI-2712

后端轴承测点为XI-2713 XI-2714 多频谱

结合相应测点的监测趋势图、频谱图，通过比较各个成分的振动值大小，可以看出，XI-2712的振动数值变化的突出成分为一倍频，即振动值的增大是由于1X分量发生变化所导致的。引起1X分量的占主导成分的振动故障有不平衡、松动、共振、弯曲等多种情况，观察其他谐波尤其是高次谐波几乎没有幅值出现。

转子不平衡振动的故障识别特征：①不平衡故障主要引起转子或轴承径向振动，在转子径向测点上的到的频谱图，转速频率成分具有突出的峰值。②单纯的动不平衡振动，转速频率的高次谐波值幅很低，因此在时域上的波形是一个正弦波。③转子的轴心轨迹形状基本上为一个圆或椭圆，这意味着置于转轴同一截面上相互垂直的两个探头，其信号相位差接近90度。④转子的进动方向是正进动。

⑤除了悬臂转子之外，对于普通两端支撑的转子，不平衡在轴上的振幅一般不明显。⑥转子振幅对转速变化很敏感，转速下降，振幅将明显下降。

综上所述的频谱特征与转子不平衡振动的故障识别特征较为吻合，初步判断为故障类型为转子动不平衡。

2.运行参数统计

烟气粉尘浓度是烟机运行中监测的一项重要指标，以下是2012年9月26

日开机至2013年5月13日，催化剂粉尘含量及开机后烟机振动统计数据。

烟机入口粉尘浓度纪录2012-2013

烟气含尘量浓度<150 mg/Nm3

通过上述烟气粉尘浓度记录及每次取样前后烟机轴振动的数据趋势可以看出，烟机检修后开机运行以来，烟气粉尘含量一直处于超标状态，烟机运行工况一直较为恶劣。因此，烟气粉尘含量的超标会造成转子叶片磨损、结垢，严重时致使烟机转子叶片断裂，造成恶性设备事故。

烟机振动对比

三、综合分析

1.烟机转子动不平衡是振动异常的主要原因

导致转子动不平衡的主要原因是烟气中粉尘含量超标，并在转子叶片表面吸附沉积，造成叶片表面、轮盘等处结垢。其振动频谱特征是：（1）工频（即一倍频）成分占主要地位。（2）烟机前端轴心轨迹为不规则椭圆形。（3）对比2012年烟机检修情况，烟机转子叶片、轮盘出现磨损。

2.烟机气封可能存在轻微摩擦

其特征是：（1）从波形图上观察，发现是比较标准的正弦波带有尖峰。（2）从频谱图上观察，虽然主要频率为工频（即一倍频）但是低频（0.8X）也十分丰富。（见图2）

3.烟机振动多次波动

自5月20日XI2712出现异常上升，之后烟机振动XIA2712值出现多次波动最高时上升至78μm，综上分析，烟机的运行状况已经非常恶劣，若在长时间运行下去势必会给烟机造成破坏性的损伤，鉴于此种情况，厂里及时安排对烟机进行预知性维修。

四、整改维修及使用情况

1.检修情况

2013年7月4日按照烟机检修规程进行预知性维修，对烟机进行解体检查，检查发现烟机转子叶片根部冲蚀严重，叶顶有轻微均匀磨损，烟道短节内壁、导流锥、叶片有不同程度结垢，烟机气封与转子轴颈有摩擦痕迹，更换烟机转子，修复气封，按规程回装。

结合检修检查情况以及之前状态监测图谱综合分析：动不平衡是烟机振动上升的主要原因，催化剂粉尘烟气粉尘含量超标造成叶片结垢与磨损。此种工况下结垢对转子的动平衡影响不大，当进气温度由639℃突降至590℃，至使烟道内壁积垢脱落，其高速进入烟机对动叶片造成冲击，加速了动叶外结垢的脱落以及出现动叶外涂层局部损伤，加之烟气中大量催化剂细粉对叶片的磨损，导致转子的动不平衡量增大，造成轴向振动增大。

2.使用情况

2013年7月10日，四机组再次开机。截止8月20日烟机振动值最高为烟机前轴（XIA2712 ）21μm，运行状况良好。

五、采取措施

1.降低烟气催化剂粉尘含量

通过大检修对再生器旋风分离器以及三旋的检查检修，提高旋风分离效果，降低烟气粉尘含量。

2.严格控制工艺参数

控制烟机轮盘冷却蒸汽温度在250℃左右控制烟气进气温度大于650℃，降低催化剂粉尘结垢。

3.烟道内外层处理

通过更换烟道外层保温减少烟道热量损失，对烟道内壁进行打磨，提高烟道内壁光洁度，降低粉尘在烟道内壁结垢。

4.加强状态监测系统的运行监测

每日通过网络对S8000状态监测进行监测，关注机组运行参数变化，对于异常变化，及时调看图谱，联系状态监测中心专家分析故障原因，保存图谱，建立故障图谱资料库。

六、结论

大型机组在运行中发生什么样的故障，是何种原因所造成的故障，是故障诊断的核心。在大型机组的各类故障中，振动故障发生的概率最高，引发的原因也很复杂，对于未配备状态监测系统的设备，故障原因的诊断较为困难。此次，应用状态监测系统，通过监测图谱、运行参数、以及检修方面的经验，综合分析找出了烟机振动故障形成的原因。锻炼了我们专业技术人员对大型机组状态监测和故障诊断的分析能力，使管理水平和专业技能得到了很大的提升，为领导的决策提供了可靠的技术支持。同时，也为同类型机组运行故障的排除提供了可以借鉴