烟机轮盘温度控制失效分析与对策.docx

烟机轮盘温度控制失效分析与对策曹 峻摘要：烟气轮机是催化裂化装置，针对本次振动实例，通过在线监测系统对烟机工况进行故障诊断，采取优化措施，并据此指导停机检修和开机投运工作。关键词：烟气轮机；振动；故障诊断；对策烟气轮机是催化裂化装置的关键设备和重要节能设备，其工况好坏直接影响到装置的安稳长运行和能耗指标。烟机轮盘温度超高，会造成材料机械性能降低，轮盘、叶片等部件的额外膨胀增加，甚至动静部分间隙减小导致摩擦；优化轮盘温度控制，适量的冷却蒸汽即可阻止烟气进入轮盘，避免催化剂粉尘堆积，又可达到节能目的；轮盘温度控制不平稳、盘温升降幅度变化大，还会引起烟机轴系振动剧烈波动。1 机组概况1.1 机组布置 300万吨/年催化装置烟机机组采用烟气轮机轴流主风机齿轮箱电动/发电机的三机组配置方案。烟机为西安航空发动机公司产品，型号TP11-160，轴流压缩机为陕西鼓风机厂产品，型号AV71-11，电动/发电机型号YCH710-4，配套郑州机械研究所的平行轴双斜齿、双圆弧形齿轮箱，型号GH530。1.2 烟机主要结构特点TP11-160型烟气轮机是西航公司开发的民用产品，为轴向进气垂直向上排气，主要由进气壳体组件、排气涡壳组件、转子组件、轴承座组件以及底座等六大部分组成。转子采用单级悬臂结构。轴端密封为带三档气封的迷宫式轴封体，分蒸汽封严环和空气封严环。烟机结构见图1。 图1 烟机结构简图1.3 烟机轮盘温度控制原理为降低轮盘和叶片的工作温度，穿过进气壳和内导流锥体有两根对称的冷却蒸汽管，向轮盘前冷却腔内通入适量的蒸汽进行冷却。冷却蒸汽控制阀组分两路，一路用于正常工况，由温控阀TV1471控制轮盘温度在350左右；另一路用于二次燃烧工况，由温控阀TV1472控制烟气入口温度不大于700。两个控制阀组后合并为一根管线后再分为DN65和DN50的两个支管，蒸汽通过导流锥喷入轮盘冷却腔体。2 故障描述装置检修后烟机机组投运，开机初期轮盘温度按开机步骤缓慢上升，装置负荷正常后，轮盘温度按335控制时冷却蒸汽量2000kg/h，较停机前蒸汽量1500kg/h增大很多。而后蒸汽量逐渐增大至满量程（3000kg/h），轮盘温度测点TE1471也继续升高，由335逐步到370，最高390。图2 烟机轮盘温度-冷却蒸汽量趋势图3 故障分析3.1 主因确定针对烟机轮盘温度控制失效，首先要判断、确认的是：轮盘本体实际温度是否超，是否危及设备继续运行。从烟机入口流量、温度、压力、振动等参数来看，可能性极小。 一是如图1所示，轮盘冷却蒸汽控制系统中，温度测点TE1471实际检测的为冷却腔内的蒸汽温度，而不是轮盘本体温度。当控制适量的蒸汽进入轮盘冷却腔，不但起到冷却盘体作用，如图3所示，还会阻止高温烟气进入该腔，确保轮盘不超温。本次故障分析处理中，冷却蒸汽量保持在2000kg/h以上，足以防止轮盘本体超温。 图3 轮盘冷却腔边界图 二是轮盘实际温度超高或温度场变化剧烈，会造成材料机械性能下降，轮盘使用寿命降低，最直观的外在表象为烟机振动发生剧烈波动、动静摩擦为主导诱因等异常变化。利用机组在线状态监测系统，对该时段烟机振动的趋势、时域波形、特征频率及轴心轨迹进行分析，确认烟机振动虽有波动，但仍是由催化剂粉尘在烟机轮盘上周期性堆积-脱落引起的动不平衡所致；而各点振动基准较高的原因，为最近一次检修中转子未拆吊，动叶和轮盘残留催化剂引起转子动平衡不在最好状态所致。烟机振动全谱图、趋势见图4。 图4 烟机振动趋势、全谱图综上所述，烟机轮盘温度控制失效，可能是冷却控制系统的温度测量回路或蒸汽调节回路出现问题，造成测温点失准。轮盘本体温度未超标，烟机还能运行。若经过调整，烟机轮盘温度仍难以控制，则安排机组切换，停机抢修，彻底解决问题，在线调节过程中冷却蒸汽量应保持在2000kg/h以上。3.2 蒸汽控制回路调整鉴于以前曾出现轮盘冷却蒸汽管路某一支管套管泄漏，造成冷却蒸汽量异常，经调节两个冷却蒸汽支线开度实现控制平稳的情况。对冷却蒸汽阀组后的两个支线阀（DN65、DN50）进行调节、测试，经反复调整后确认通过调节两支路开度效果不大，排除冷却蒸汽套管漏，高温烟气经冷却蒸汽支管进入导流锥冷却腔体，引起轮盘温度上升的可能。在此过程中，发现冷却蒸汽控制阀TV1471调节幅度大跟踪慢，控制阀切出解体发现阀杆断，更换阀体后阀位随温度变化的波动减小，但温度仍降不下来，说明蒸汽输出流程未发生异常。3.3 测量回路检查一是确认轮盘温度测点数值真实、准确，安排仪表人员通过K型与E型热偶互换、实测电势测算、在用热偶标定等手段，确认现场一次测温元件无问题。二是对机柜间内MTL温度变送器及卡件进行检查测试，并用摩尔温度变送器替代原温变，确认温度显示与原温变基本一致，在判定MTL温度变送器正常后，并对现场除热偶外的整个回路送电势进行检测，符合精度要求，确认检测回路无问题。 三是对热偶现场位置调整，确认安装尺寸。在此过程发现测点温度值随热偶插入套管深度变化明显，在套管中段某位置温度异常升高，说明套管某段有被烟气加热的可能；热偶伸入套管顶端处为温度最高点，套管安装深度越浅测点温度越高，越不能真实反映冷却腔内蒸汽温度。同时在对热偶套管安装深度进行调整时，套管有微量弹出且受压无法复原，温度升至490，决定停机检修。4 检修情况及措施 烟机停运解体检修，检查发现了热偶套管保护管裂纹、热偶套管深度不够、气封座与导流锥配合间隙增大等问题，采取了相应措施。4.1 热偶套管保护管裂纹进气道内导流锥上方测温热偶套管外的保护管破裂，高温烟气可由此漏入加热热偶套管，以及被抽入轮盘冷却腔室，造成轮盘温度TE1471实测温度高。对该保护管进行打磨、补焊、检测。如图5、图6所示。 图5 保护管修复前 图6 保护管修复后4.2 热偶套管位置调整轮盘温度TE1471实测的应是冷却腔内蒸汽温度，套管探头离轮盘盘心越近（即外伸长度越长），测点受辐射、传导热影响越小，测量温度越低。另外套管探头与定位盖板减少接触面，可以大幅减小传导热影响。检修中对热偶套管加长10mm，对套管探头伸出处的冷却腔室盖板孔径扩大，降低盖板传导热对温度测量影响。检修前后套管探头位置如图7、图8、图9所示。 图7 检修前套管探头位置 图8 盖板自板厚1/2处扩径 图9 检修后套管探头位置4.3 气封座与导流锥配合间隙调整静叶环组件拆除后发现气封座与导流锥体两者之间止口间