基于振动与油液监测的烟气轮机综合分析.pdf

2023No9(上)设备管理与维修诊断技术163基于振动与油液监测的烟气轮机综合分析张婷，李磊1，马海余?，毛文江3（1.兰州石化公司研究院，甘肃兰州7 3 0 0 6 0;2.兰州石化公司机电仪运维中心甘肃兰州,7 3 0 0 6 0;3.广州机械科学研究院有限公司，广东广州510535)摘要：针对炼厂催化裂化装置烟气轮机运行过程中发生异常振动的问题，对烟机运行过程中的振动趋势、频谱、波形和相位等数据进行统计，结合油液在线监测数据以及再生烟气粉尘监测数据，诊断烟机转子轮盘出现结垢或脱落现象。随后在对烟机的解体检查过程中，确认烟机轮盘存在严重结垢问题，并对故障进行总结，提出改进措施。关键词：烟机；振动；油液监测；动平衡；结垢中图分类号：TK228文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.09.661设备概述烟气轮机是石油化工行业重油催化裂化装置中的关键性设备，同时也是该装置主要的节能设备，通过再生器出来的烟气压力和热能进行膨胀做功，拖动轴流压缩机运行及发电，其运行情况直接影响到装置的运行周期和能耗水平。故保证烟气轮机的平稳运行，关系到整个生产装置的正常生产。2故障现象2019年1 2 月至2 0 2 0 年2 月期间，烟气轮机振动出现2 次上涨，通频值振动趋势如图1 所示，最高测点振值7 0.2 m，但由于机组整体趋势平稳，振动未到报警值，机组继续运行，2020年6 月1 日凌晨，烟机振动突然上涨至8 0.4m，在烟机各测点振动上升期间，轴流压缩机、齿轮箱总体振动趋势均比较平稳。3故障分析3.1振动分析通过监测数据图谱分析，前两次振动上升时，1 振动幅值缓慢上升,且在一定区间(约7 1 1 d)后振幅稍有回落，之后振动趋势较为平稳，相位无变化，表明烟机出现均匀结垢故障，无垢层脱落。前2 次上涨过程中轴心轨迹图中重复性比较好，未发现反进动现象，排除动静部件碰磨的可能。同理，通过监测数据可知，烟机振动值第3 次上涨（超报警值)时，频率成分主要以1 x成分为主，高次谐波和低频分量很少，烟机各测点2 x和0.5成分振幅趋势相对稳定，1 x振动趋势（图2）显示，烟机第3 次振动上升时振动幅值快速上升，没有回落的a）第1 次烟机振动趋势b）第2 次烟机振动趋势图1第1 次、第2 次烟机振动趋势（通频值）趋势，且相位发生约9 0 的变化，工频振动和相位同时发生变化，1 x相位的改变说明转子的重心在发生变化，即工频振动增大引起的转子动不平衡加剧，表明此时转子轮盘结垢可能已经恶化。另外，观察第3 次振动上涨过程中的轴心轨迹图，重复性比较好，未发现反进动现象。防史数销富遥）2020-06-0109:57:305737rpm140万独主B机2000toe0:16:0010:14-1510:122310:102010:08372020-05-252000:06-282020:08-312030:06-032020:00-002140万吨主风机27018C27010:10-000122240-10292020:08-252000-05-28202005-112020-00-032020-00:0图2第3 次振动上涨1 X振动趋势3.2油液监测结果在线监测整体数据稳定，黏度中位值为43.1 Cst，误差处于离线数据黏度1 0%以内。黏度传感器运行稳定，符合准确性8 0%以上的要求（图3）。在线监测整体数据稳定，水活性中位值为2 51 0，整体未超过离线检测数值。水分传感器运行稳定，符合准确性8 0%以上的要求（图4）。在线监测整体数据稳定，污染度中位值为9 级，与离线检测相符。污染度传感器运行稳定，符合准确性8 0%以上的要求（图5）。3.3烟机粉尘监测数据通过调查，2 0 1 9 年1 2 月至2 0 2 0 年2 月利用SP-20型高温烟气采样仪，对烟机三旋人口粉尘浓度进行3 次监测，粉尘浓度呈增大趋势。2023No9(上)设备管理与维修诊断技术1645038S891696EESOSS68S6LSL68L11LSISI666S11789189L1L9661监测点黏度下限上限离线值一图3黏度诊断结果1201009-01/9*8840200SSSI60189888t669ILLL6L801959112866iItssi81E91S60LI一监测点含水量报警值离线值图4水分诊断结果1211SVN108076L69元Stot61L99091zL9SItL6808E9L8S8LOi8tiSsiiEOSSILLI91IS89166181LE881监测点一NAS等级离线值上限一下限图5污染度诊断结果3.4分析结论由振动分析判断，烟机振动增大的主要原因是转子的动平衡发生变化。烟机在运行过程中，引发转子不平衡的主要原因有以下4种情况：转子受热不均产生局部的热弯曲；转子的动叶片可能被冲刷磨损或磨损断裂；转子轮盘的拉紧螺栓有松动或断裂的情况；转子上有催化剂沉积结垢或脱落通过烟机的振动变化过程，结合粉尘监测数据来分析，判断烟机转子上催化剂粉末附着结垢的可能性更大。烟机前两次振动值上涨，主要是1 幅值增长，但是1 x相位保持稳定，说明随着烟气粉尘浓度上升，转子轮盘附着的催化剂粉尘不断增多，但附着层相对均匀，只是附着结垢导致不平衡量增加，不平衡造成的振动上涨；当烟机振动值第3 次上涨时，仍然是1 幅值增长，与前两次不同的是，1 相位发生了突变（约9 0），说明转子轮盘附着的催化剂垢层逐渐变厚变多,增加至一定的厚度后，垢层易发生局部脱落，导致轮盘结垢不再均匀，转子的重心发生改变，动平衡瞬间被破坏，进而引起机组振动突变。4结论（1)从烟机的振动趋势看，烟机振动前2 次出现缓慢上升，频率成分以1 x为主，是由于烟机动静叶片有催化剂垢层缓慢吸附引起，使得烟机转子的平衡缓慢上升，但未达到报警值，因生产需要，故机组继续运行。第3 次振动值突增且超过报警值，烟机结垢已恶化或局部脱落。根据该机组特点和以上相关图谱分析，造成该机组振动持续上升的主要原因应为催化剂先沉积结垢，而后局部脱落，从而破坏烟机转子动平衡，引发机组振动。（2)从烟气粉尘监测分析结果看出，三旋入口烟气粉尘浓度呈上升趋势，导致烟气中粉尘不断被带人烟机并粘结到动静叶片上，使得烟机转子的平衡被破坏。结合以上二点确定烟机振动2 0 1 9 年1 2 月至2 0 2 0 年2 月开始缓慢上涨的原因为转子均匀结垢；6 月1 日烟机振动值突变且持续上升，原因为垢层局部脱落。建议停机检修进行清垢或更换转子，以保证烟机的长周期运行，最大限度的发挥烟机节能降耗的作用。5现场验证及处理5.1现场验证2020年6 月3 日，机组停车后，检修人员紧急开展设备拆检，将烟机人口导流锥打开后发现动叶上有1 2 mm的垢层，静叶上结垢更为严重，垢层厚度7 mm左右，可见造成烟机振动持续上升的主要原因是叶片先结垢，后发生局部脱落，与诊断结论一致。5.2处理措施根据拆检的情况，转子轮盘结垢比较严重，为了有助于分析机组异常振动的原因，将未清理的转子进行动平衡测试，测试结果显示转子不平衡量为58 3 7.8 gmm，其中转子（自由端）不平衡量较大，约为46 6 4g?mm，依据不平衡量计算公式：U-30GM(1)TT其中，G为动平衡等级，M为转子质量，n为工作转速。反算得动平衡等级G：UXnXTT5837.8x5711x3.14G2.7230 xMx100030 x1281000而渤海装备兰州石化化工机械厂标准要求为：平衡等级不低于GB/T9239.12006机械振动恒态（刚性）转子平衡品质要求标准中的G1.0级。6改进措施烟气轮机是炼厂重油催化裂化装置的核心设备，其运行状况直接影响到装置的安、稳、长、满、优及企业的经济效益，从2019年1 2 月至2 0 2 0 年6 月烟机的运行状况及结垢情况分析，缓解烟机结垢应做好以下3 点：充分利用SG-8000系统，及时监控烟机运行参数，异常情况及时处理，确保机组的各项运行参数严格控制在指标范围内；密切关注烟机人口粉尘浓度、催化剂粒度的变化，重点监控0 2 0 m催化剂的含量；逐步完善烟机故障数据库，在已有动力参数基础上，重点添加烟机工艺参数（烟气含量、烟气粉尘浓度、粒度、催化剂型号、蒸汽温度压力等），并协同装置对烟机运行状态进行监控，通过监控大数据累计，掌握烟机故障发生规律及高频故障种类，为烟机故障分析做数据储备，提升烟机故障分析能力。参考文献1】胡佳.烟气轮机振动原因浅析J.石油化工设备技术，2 0 0 5（6)：2 9-3 2.2沈庆根，郑水英.设备故障诊断M.北京：化学工业出版，2 0 0 5.3钱广华.炼化动设备基础知识与技术问答【M.北京：中国石化出版社,2 0 0 3.【4】李松，栗雪勇，马伟.茂名石化烟机结垢原因分析及对策J.中外能源,2 0 0 8(A01)：1 1 5-1 1 8.编辑毕来金】