楚永利，張麥真

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)二期凈化工段設(shè)置4臺離心式壓縮機(jī)，其中2臺為CO壓縮機(jī)，1臺為氨制冷壓縮機(jī)，1臺為CO2壓縮機(jī)，4臺壓縮機(jī)的原動(dòng)機(jī)均由背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，為40萬t/a煤制乙酸及20萬t/a乙二醇項(xiàng)目配套使用。

1 工藝流程

來自前系統(tǒng)161 000Nm3/h的煤氣在低溫甲醇洗單元進(jìn)行低溫凈化，產(chǎn)出127 000Nm3/h的合成氣，合成氣進(jìn)入深冷分離單元進(jìn)行低溫分離，提純出54 000Nm3/h一氧化碳?xì)怏w，氣體經(jīng)低壓一氧化碳壓縮機(jī)加壓至0.85MPa后，分兩股外送，一股送至乙二醇單元，一股送至高壓一氧化碳壓縮機(jī)經(jīng)加壓至3.8MPa后送至乙酸單元。

高壓一氧化碳壓縮機(jī)組的結(jié)構(gòu)如下：該機(jī)組汽輪機(jī)設(shè)計(jì)三級葉輪，設(shè)計(jì)功率2 411kW，設(shè)計(jì)過熱蒸汽量25t，蒸汽壓力8.8MPa，蒸汽溫度540℃，汽輪機(jī)排汽壓力0.8MPa，額定轉(zhuǎn)速11 822r/min。汽輪機(jī)支撐軸承采用可傾瓦軸承，止推軸承采用米歇爾軸承。支撐軸承、止推軸承溫度95℃報(bào)警，110℃停機(jī)。軸振動(dòng)85μm報(bào)警，120μm停機(jī)。壓縮機(jī)采用6級葉輪分三段壓縮，各段之間設(shè)置有段間冷卻器。設(shè)計(jì)工藝氣量26 500Nm3/h，最終出口壓力為3.8MPa。壓縮機(jī)組流程見圖1。

圖1 CO壓縮機(jī)組流程注：1.一段冷卻器；2.二段冷卻器；3.三段冷卻器；4.入口分離器

2 汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)后的現(xiàn)象及危害

2.1 出現(xiàn)振動(dòng)波動(dòng)的現(xiàn)象

2017年9月12日，在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，前、后軸承振動(dòng)測量點(diǎn)出現(xiàn)無規(guī)則波動(dòng)。第一次波動(dòng)情況如下：汽輪機(jī)前軸承1號振動(dòng)測量點(diǎn)由5μm上漲至11μm，2號振動(dòng)測量點(diǎn)由8μm上漲至9μm，后軸承箱3號振動(dòng)測量點(diǎn)由7μm上漲至14μm，4號振動(dòng)測量點(diǎn)由6μm上漲至10μm，振動(dòng)從上漲到下降的時(shí)間為13min。汽輪機(jī)振動(dòng)從開始波動(dòng)至2018年3月20日停機(jī)，汽輪機(jī)振動(dòng)共波動(dòng)27次，振動(dòng)波動(dòng)最高數(shù)值分別如下：1號為39μm，2號為52μm，3號為84μm，4號為68μm。期間，振動(dòng)波動(dòng)上漲至下降時(shí)間逐漸延長，最長時(shí)間1.2h。同時(shí)，隨著汽輪機(jī)振動(dòng)上漲，支撐軸承溫度最高由54℃上漲至79℃，止推軸承測溫點(diǎn)最高由61℃上漲至87℃，汽輪機(jī)位移最高波動(dòng)±0.16mm。

2.2 出現(xiàn)振動(dòng)后的危害

(1)當(dāng)汽輪機(jī)振動(dòng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子的振幅逐漸增加，導(dǎo)致支撐軸承和止推軸承運(yùn)行中形成的油膜不穩(wěn)定，造成軸承瓦塊因局部受力而磨損。

(2)汽輪機(jī)軸承箱軸端密封采用梳齒密封，材質(zhì)為較軟的鋁合金，當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子與軸端梳齒密封接觸過量，造成汽輪機(jī)前后軸端梳齒密封磨損，潤滑油外漏。

(3)因汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)，致測量儀表松動(dòng)，造成儀表測量顯示波動(dòng)、測量失真。

(4)破壞汽輪機(jī)與壓縮機(jī)對中，導(dǎo)致聯(lián)軸器固定螺栓松動(dòng)，造成機(jī)組振動(dòng)加劇。

3 汽輪機(jī)振動(dòng)原因分析

(1)該機(jī)組在4臺汽輪機(jī)尾端，過熱蒸汽壓力偏低，且過熱蒸汽管網(wǎng)壓力控制不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)過熱蒸汽壓力8.8MPa，實(shí)際過熱蒸汽壓力在8.4～8.8MPa之間波動(dòng)，當(dāng)過熱蒸汽壓力出現(xiàn)快速上漲或下降時(shí)，汽輪機(jī)負(fù)荷快速變化，造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)波動(dòng)、軸承溫度上漲。

(2)潤滑油中機(jī)械雜質(zhì)高，該汽輪機(jī)自2015年4月開始試車至2017年9月，在運(yùn)行期間雖有停機(jī)檢修，但未對潤滑油箱進(jìn)行清理，潤滑油中機(jī)械雜質(zhì)偏高，機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入汽輪機(jī)支撐軸承和止推軸承，造成汽輪機(jī)軸振動(dòng)上漲。

(3)運(yùn)行中使用專業(yè)儀器對轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的狀態(tài)、位置進(jìn)行檢測，從振動(dòng)趨勢和檢測頻譜結(jié)果來看，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中存在不平衡，轉(zhuǎn)子未在中心線位置，致使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間有輕微的摩擦，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動(dòng)波動(dòng)。

(4)機(jī)組運(yùn)行后期，汽輪機(jī)使用蒸汽量逐漸上漲，判斷汽輪機(jī)葉輪存在結(jié)垢現(xiàn)象，立即對所使用的過熱蒸汽進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)蒸汽中鈉含量12.6μg/L，SiO2含量19μg/L，鈉含量超過設(shè)計(jì)值≤10μg/L，SiO2接近設(shè)計(jì)值20μg/L。由于汽輪機(jī)所使用過熱蒸汽品質(zhì)不高，長時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致汽輪機(jī)蒸汽通流部件及葉輪表面結(jié)垢，隨時(shí)間增加，結(jié)垢的厚度不斷增加，當(dāng)結(jié)垢厚度達(dá)到一定程度后，會導(dǎo)致汽輪機(jī)工作效率下降、動(dòng)靜部分出現(xiàn)摩擦，造成機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)。

(5)汽輪機(jī)支撐軸承、止推軸承溫度上漲，判斷為汽輪機(jī)止推軸承、支撐軸承在振動(dòng)波動(dòng)期間有磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致部分潤滑油泄漏，軸承內(nèi)形成的潤滑油膜承載能力下降，當(dāng)汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，軸承有輕微磨損，造成軸承溫度上漲。

4 汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)的處理措施

4.1 采取優(yōu)化措施保證機(jī)組運(yùn)行

(1)將過熱蒸汽壓力由8.4MPa提高至8.9MPa，進(jìn)入汽輪機(jī)過熱蒸汽壓力、溫度提升后，同負(fù)荷下汽輪機(jī)使用的過熱蒸汽量減小。降低汽輪機(jī)排氣壓力由0.8MPa降至0.6MPa，在配合汽輪機(jī)進(jìn)汽的同時(shí)調(diào)整減輕汽輪機(jī)負(fù)荷，防止汽輪機(jī)因負(fù)荷波動(dòng)而造成的振動(dòng)波動(dòng)。

(2)對汽輪機(jī)油系統(tǒng)過濾器進(jìn)行切換，切換出的過濾器更換濾芯備用。使用在線濾油機(jī)對汽輪機(jī)潤滑油中的機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)行過濾，并在汽輪機(jī)停機(jī)后對潤滑油路油箱進(jìn)行清理。

(3)穩(wěn)定前系統(tǒng)工藝氣量及氫碳比，禁止工藝氣量大幅度波動(dòng)，致使汽輪機(jī)負(fù)荷頻繁變化。穩(wěn)定后系統(tǒng)乙酸單元CO使用量，使后系統(tǒng)保持在110%負(fù)荷運(yùn)行，壓縮機(jī)和汽輪機(jī)配合調(diào)整后使機(jī)組進(jìn)入最佳運(yùn)行狀態(tài)。

(4)機(jī)組運(yùn)行后期，汽輪機(jī)前、后軸承箱軸端密封出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，漏油位置距離汽輪機(jī)本體及汽輪機(jī)排氣管線較近，為了防止泄漏出的潤滑油接觸高溫著火，制作漏油收集盒，把泄漏出的潤滑油收集到盒內(nèi)，統(tǒng)一回收清理。另外，在汽輪機(jī)兩端使用低壓氮?dú)獯祾撸档吐┯忘c(diǎn)氧含量，防止?jié)櫥徒佑|高溫著火。

4.2 汽輪機(jī)停機(jī)檢修

機(jī)組運(yùn)行至2018年3月20日，汽輪機(jī)停機(jī)檢查維修，消除運(yùn)行中存在的隱患。

汽輪機(jī)降溫4天后進(jìn)行拆檢，并對汽輪機(jī)運(yùn)行期間所判斷的原因進(jìn)行驗(yàn)證，對存在的問題作如下處理。

4.2.1 汽輪機(jī)止推軸承磨損

機(jī)組拆檢過程中發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)前軸承箱止推軸承瓦塊出現(xiàn)磨損積碳，擋油環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，擋油環(huán)磨損后止推軸承內(nèi)潤滑油量、油壓下降，汽輪機(jī)運(yùn)行中形成的油膜逐漸減薄，當(dāng)機(jī)組振動(dòng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，由于止推軸承擋油環(huán)磨損潤滑油外漏，造成油膜承載能力下降，軸承溫度上漲。

4.2.2 瓦塊、擋油環(huán)磨損處理

針對汽輪機(jī)前軸承止推瓦塊和擋油環(huán)磨損，分別作出不同的處理，對止推瓦塊的磨損程度進(jìn)行測量，并使用專業(yè)工具對瓦塊進(jìn)行刮瓦修復(fù)，最終確保所有軸瓦測量合格。由于擋油環(huán)磨損嚴(yán)重，考慮修復(fù)后不能達(dá)到預(yù)期效果，決定更換前軸承擋油環(huán)。

4.2.3 汽輪機(jī)前后軸端密封漏油

汽輪機(jī)前后軸承箱經(jīng)拆檢后發(fā)現(xiàn)，前后軸端梳齒密封出現(xiàn)磨損，由于軸端梳齒密封材質(zhì)為鋁合金，材質(zhì)硬度不高，在汽輪機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)后，前、后兩端梳齒密封出現(xiàn)磨損，造成密封失效漏油。

4.2.4 前后軸端梳齒密封處理

根據(jù)汽輪機(jī)前、后軸承箱的軸端梳齒密封磨損情況分別進(jìn)行處理，前軸承箱的軸端梳齒密封磨損情況較輕，對其進(jìn)行修復(fù)，后軸承箱的軸端梳齒密封磨損比較嚴(yán)重，則進(jìn)行更換。同時(shí)，對前后軸端密封進(jìn)行技術(shù)改造，在軸端密封外側(cè)鉆出φ10的圓孔，與氮?dú)夤芫€連接，使用減壓后30kPa的低壓氮?dú)庀蜉S承箱內(nèi)吹氮?dú)?，并在軸端密封最內(nèi)側(cè)兩個(gè)梳齒下部鉆出3個(gè)φ5圓孔作為回油，其密封原理類似于干氣密封后置隔離氣。經(jīng)過改造后，汽輪機(jī)前、后軸承箱的軸端密封處漏油消失。

4.2.5 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢

汽輪機(jī)開缸后發(fā)現(xiàn)主汽門閥前過濾器(見圖2)、葉輪、級間密封、汽輪機(jī)前、后汽封出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)垢(見圖3)。汽輪機(jī)前、后汽封塊部分彈簧卡死，無上下活動(dòng)量。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、定子結(jié)垢致使汽輪機(jī)工作效率下降，使用蒸汽量增大。在運(yùn)行中，隨著汽輪機(jī)葉輪結(jié)垢厚度不斷增加，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡逐漸破壞，動(dòng)靜部分有輕微摩擦，致使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻繁波動(dòng)，隨轉(zhuǎn)子、定子結(jié)垢厚度增加，轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻率、峰值逐漸上漲。

圖2 主汽門閥前過濾器

圖3 轉(zhuǎn)子結(jié)垢照片

4.2.6 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢處理

(1)由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡受到破壞，需對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子返廠做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，在轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡前需清理轉(zhuǎn)子表面結(jié)垢，并對轉(zhuǎn)子做著色檢查，未發(fā)現(xiàn)缺陷。轉(zhuǎn)子在動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，首級葉輪及二級葉輪相位不平衡量在13～57g左右，標(biāo)準(zhǔn)為30g，隨后對轉(zhuǎn)子進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速下的調(diào)試，調(diào)試后對首級、二級葉輪進(jìn)行打磨、加平衡塊調(diào)整。由于轉(zhuǎn)子存在較大問題，調(diào)試后轉(zhuǎn)子的相位不平衡量接近標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

(2)對汽輪機(jī)主汽門前過濾器、葉輪機(jī)級間密封、汽輪機(jī)前、后氣封結(jié)垢進(jìn)行清理，部分梳齒密封塊進(jìn)行更換，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡調(diào)試完成后，回裝轉(zhuǎn)子，調(diào)試各動(dòng)、靜之間間隙在指標(biāo)要求內(nèi)。

(3)針對過熱蒸汽品質(zhì)差的問題，采取調(diào)整藥劑的措施，將原使用的藥劑磷酸三鈉改為化學(xué)藥劑W800，更換后高壓蒸汽品質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，經(jīng)分析，蒸汽中的鈉含量≤2.56μg/kg，二氧化硅含量≤4.26μg/kg。當(dāng)汽輪機(jī)再次拆檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)通流部分及轉(zhuǎn)子表面干凈無結(jié)垢。

5 運(yùn)行調(diào)整、檢修后達(dá)到的效果

5.1 運(yùn)行調(diào)整后達(dá)到的效果

在對汽輪機(jī)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整后，汽輪機(jī)之間每次振動(dòng)、波動(dòng)間隔逐漸延長，由原2～4d波動(dòng)1次延長至10～13d波動(dòng)1次，振動(dòng)的峰值逐漸減小，其中，汽輪機(jī)1號振動(dòng)測量點(diǎn)由最高的39μm降至16μm，2號振動(dòng)測量點(diǎn)由最高52μm降至38μm，3號振動(dòng)測量點(diǎn)由最高84μm降至61μm，4號振動(dòng)測量點(diǎn)由最高68μm降至49μm。

5.2 檢修后達(dá)到的效果

該汽輪機(jī)再次啟機(jī)時(shí)，在升速過程中發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)臨界轉(zhuǎn)速由原臨界轉(zhuǎn)速下降600r/min，分析原因發(fā)現(xiàn)是因轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡增、減平衡塊及一二級葉輪打磨所致。汽輪機(jī)在過臨界過程中相較以往振動(dòng)偏大，接近報(bào)警值，原因?yàn)樵撧D(zhuǎn)子雖經(jīng)過返廠處理，但轉(zhuǎn)子的相位不平衡量未達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)(30g以內(nèi))，轉(zhuǎn)子還存在轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡狀態(tài)。進(jìn)入運(yùn)行區(qū)后，汽輪機(jī)軸溫、位移正常，與2017年9月未出現(xiàn)振動(dòng)、波動(dòng)前對比，前軸承箱振動(dòng)數(shù)值偏大，其中，汽輪機(jī)前軸承1號測量點(diǎn)20μm，2號測量點(diǎn)33μm，后軸承箱3號測量點(diǎn)5μm，4號測量點(diǎn)10μm。汽輪機(jī)支撐、止推軸承溫度最高為68℃，整體運(yùn)行穩(wěn)定。

考慮到轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡仍然達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)，決定重新制作一根轉(zhuǎn)子，制作周期為兩個(gè)月，在2018年10月大修期間更換為新轉(zhuǎn)子，更換后汽輪機(jī)1號測振點(diǎn)4μm，2號測振點(diǎn)6μm，后軸承箱3號測振點(diǎn)9μm，4號測振點(diǎn)5μm。機(jī)組其他參數(shù)均穩(wěn)定正常。

6 結(jié)語

通過對汽輪機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析總結(jié)，及時(shí)判斷汽輪機(jī)振動(dòng)高的原因，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，及時(shí)有效地解決了汽輪機(jī)振動(dòng)高的問題，為汽輪機(jī)長期運(yùn)行積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，從而確保機(jī)組長周期穩(wěn)定運(yùn)行。