催化裝置煙機振動原因分析

王福山，魏曉紅

（1.錦西石化分公司催化氣分車間，遼寧 葫蘆島 125001;2.錦州石化分公司焦化車間，遼寧 錦州 121001）

煙氣輪機是催化裝置的主要能量回收設備，其作用是利用再生煙氣的熱能和壓力能膨脹做功以帶動主風機運行。由于它和主風機同軸連接，其運行平穩將直接影響整個裝置的安全運行。因此，煙氣輪機成為催化裝置的關鍵設備之一。

錦西石化分公司100萬t/年催化裂化裝置于2003年9月完成擴能改造，能量回收機組采用煙氣輪機、離心壓縮機、電機（三機）同軸布置。煙機型號為YLⅡ—6000A(雙級煙氣輪機)，離心壓縮機型號為MCL-1004，電機型號為YK3200-2/1180，額定功率3 200kW，增速機型號為GJD-350-2500/1.896。煙氣輪機為兩級透平，采用軸向進氣懸臂轉子結構。在煙機運行期間，有時還會出現一些振動問題，對催化三機組長周期運行有一定的影響。

一、煙氣輪機機組振動原因分析

1.振動特性

在考核煙機運行狀況的指標中，煙機轉子振動值是一個重要的指標。統計資料表明，絕大多數煙機不能正常運行都是由振動所致。其主要原因是：①煙機轉子屬懸臂結構，輪盤部分質量較大，整個轉子穩定性差。②煙機的工作介質是再生煙氣，不僅溫度高，而且還含有一定濃度的催化劑顆粒。③輪盤冷卻和密封用1MPa蒸汽易凝結成水。④煙機為直動式，轉速較高。

基于上述原因，煙機轉子振動值一般比壓縮機轉子振動值大且難以控制。但煙機結構及密封要求所允許的振動值又比較小(通常要求煙機轉子的振幅不大于80μm)。

2.原因分析

（1）粉塵堆積結垢或顆粒沖蝕

煙機解體檢查可以發現，在轉子及兩級輪盤腔內有比較嚴重的粉塵堆積和結垢，葉片上有白色的催化劑沉積。這些堆積使得轉子動平衡造成破壞，進而引起機組軸振動增加。

（2） 機組對中誤差

如果轉子的2X倍頻譜發生較大變化成為主導振動頻率，則對中不良產生的機組振動為主要因素。

（3）動靜體零件碰磨產生振動

2008年3月，煙機因前軸承振動由14.4μm急劇上升至51μm，后軸承振動由24.6μm上升至43μm，煙機機殼振動烈度最大為11.4mm/s而被迫停機進行檢修。拆檢后發現，轉子輪盤軸頸與氣封環產生嚴重的磨損，輪盤軸頸產生溝痕，一級、二級氣封環嚴重變形，氣封環一側梳齒密封片因磨損需要全部更換。

（4）出、入口管線變形

入口與過渡機殼相連接的管線變形及法蘭平面產生扭曲都會對機組產生影響。設備安裝時若通過外力強行將管線與機體連接就會產生機殼局部翹曲變形，內部轉子與機殼產生碰撞或氣流振蕩，導致外部貓爪螺栓受力變形。

（5） 運行工況不穩定

當運行工況不穩定時，煙氣流量和速度的變化可導致催化劑粉塵顆粒大小、速度不一致。粉塵顆粒足夠大時，其動能可能對葉片材料造成實質性沖蝕。因此，粉塵顆粒大小以及速度是影響沖蝕的重要因素。

3.煙機振動狀態圖譜分析

在催化裝置三機組上安裝的在線狀態監測系統S8000可以通過捕捉各種狀態信號，在計算機上可以快速準確地了解機組的運行狀況，便于對機組進行檢測并分析各項參數。

（1）振動狀態軸心軌跡分析

2010年5月21日煙機振動開始上升，前振SISA701/1由34μm上升到42μm，后振SISA701/3由66μm上升到78μm，煙機機殼振動烈度最大為5.68mm/s，對振動狀況較嚴重的煙機4個通道進行監測，得到前軸和后軸的軸心軌跡圖，分別見圖1、圖2。

從圖中可以看出，圖1軸心軌跡呈橢圓形，圖2表現出明顯的不穩定狀態，軌跡較凌亂，呈現出輕微的8字形。

轉子軸心軌跡呈橢圓或“8”字形的形狀符合煙機組的轉子不平衡，轉子不對中，動靜體零件因碰撞產生磨損和軸承瓦隙大、軸承瓦力不足等的振動故障識別特征，具體情形還需進一步分析。

（2）振動狀態頻譜圖分析

YLⅡ-6000A機組的頻譜圖為正弦波，頻譜的主要組成頻率為工頻。煙機前后軸振動測點的頻譜圖分別見圖3、圖4。

從各圖中可以看出，前軸軸振測點XISA701/1和后軸軸振測點XISA701/3只有一倍頻增長的快些，其他倍頻及諧波變化不大。

由于各通道振動成分分布狀況主要成分為工頻，所以判斷主要是催化劑粉塵結垢導致的動不平衡。

4.結論

針對催化裝置煙機工況特點及查看狀態圖譜，可知煙機的振動是由催化劑的結垢不均勻和垢污脫落所形成的動不平衡而引起的，而催化劑的結垢明顯與輪盤冷卻蒸汽的溫度有關。因為低壓蒸汽管網用戶較多，尤其是白天與夜晚相差較大，蒸汽的溫度無法保證。因此，根本不需要停機檢修，只要保證蒸汽的正常溫度，煙機的振動值就會回落、穩定。之后，車間進行調整，煙機振動值回落到之前的最高值68μm，運行非常平穩。

二、改進措施

1.嚴格控制煙機入口溫度

嚴格控制再生器的溫度不大于700℃，控制煙機的入口溫度在(655±5)℃，避免超溫對煙機壽命的影響。

2.提高輪盤冷卻蒸汽品質

如果蒸汽溫度低或帶水，則不僅可導致輪盤溫度波動大，而且可造成水擊，引起機體振動或機組各點膨脹不均勻，造成葉片松動和催化劑的堆積等，由此影響機組的動平衡，導致機組振動加大。盡量提高蒸汽溫度，并加強蒸汽脫水處理，杜絕蒸汽帶水現象發生。

3.提高控制、保護系統可靠性

對于煙氣輪機來說，最危險的工況是超速。為此，在每次開機前，仍需嚴格對其進行校驗和調試。

4.提高煙機運行效率

①在不影響兩器(反應器、再生器)壓力及平穩操作的情況下，盡量增大煙氣輪機入口蝶閥開度以提高煙氣輪機入口流量，減少旁路流量。②在不超溫、不超壓的前提下，盡量提高煙氣輪機入口壓力和溫度使煙氣輪機在設計點附近工作。③盡可能保證兩器、三旋的平穩操作，盡量降低煙氣輪機入口煙氣的催化劑粉塵濃度。④在滿足系統用風需要的情況下，及時調整風機的負荷。⑤在保證能量回收機組不超速的情況下，盡可能降低雙動滑閥的開度，增大進入煙機的氣流量以提高煙機的做功能力。

三、結論

煙機的穩定運行是催化裝置優質平穩運行的基礎，是裝置節能降耗的關鍵點。通過設備狀態監測和故障診斷對煙機振動進行分析，做出正確的決策，把煙機事故消滅在萌芽狀態，為今后大機組設備的管理積累了經驗，是保證設備連續、安全、可靠、高效和經濟運行的重要技術手段。

[1]沈慶根.化工機器故障診斷技術[M].杭州：浙江大學出版社，1994.

[2]張碧波.設備狀態檢測與故障診斷[M].化學工業出版社，2007.