动设备监测课件案例 烟机振动突变故障

能量回收机组振动突变故障分析

屈世栋

（中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津300271）中石化股份天津分公司装备研究院故障经过故障分析机组检修主要内容炼油部烟气能量回收机组是催化装置的关键设备，它是由烟气透平、轴流压缩机、蒸汽轮机、变速器和同步电动／发电机及其辅助系统组成，四机同轴排列。辅助系统包括：静叶控制系统、润滑油调节系统、康吉森自控系统、电控系统及消声器、空气过滤器等设备组成。中石化股份天津分公司装备研究院催化剂再生燃烧后产生具有一定压力能和热能的烟气。这些能量由烟气轮机转化为机械能直接推动轴流压缩机运转，一般回收率可达1：1以上。从烟气轮机排出的约530℃的高温烟气送往余热锅炉。余热锅炉产生的3.5MPa蒸汽驱动机组中的汽轮机工作。因此，机组开始由外供3.5MPa蒸汽驱动汽轮机并和电动机一起驱动轴流压缩机工作。待系统正常后，汽轮机由自产的3.5MPa蒸汽驱动并和烟气轮机一起驱动轴流压缩机工作外，剩余功率通过发电机发电。截至2015年2月6日前，催化四机组保持装置同步运行率100%，且工艺运行指标、机械运行指标等总体平稳，振动状态稳定。中石化股份天津分公司装备研究院2015年2月6日8点32分，四机组烟机机2001/4振动探头y12-2突然发生波动，波动超过报警值（60um），操作员第一时间发现并确认机组运行状况后及时通知当班班长，班长接到信息后立即通知车间设备副主任，设备副主任接到电话后当即与主管技术人员赶至现场，达到机组岗位后发现机组运行声音发生变化，烟机振动在50~70mu范围波动，迅速安排准备降烟机负荷。在与反应岗位联系关闭烟机入口蝶阀时，烟机轴位移突然变化并超过联锁值（0.5mm），机组联锁停机，DCS记录时间显示为8点45分，机组振动从发现异常到机组联锁停机约13分钟。

中石化股份天津分公司装备研究院DCS记录的烟机轮盘温度、振动、位移、发电功率变化

中石化股份天津分公司装备研究院烟机振动监测系统测点简图

：机组振动情况概述：

炼油部能量回收机组于2014年5月2日至2014年5月24日停机大修，对比机组停机检修前后烟机测点的振动趋势图可以看出，大修后机组各个测点的总振值均有不同程度的增大，烟机4个测点振动信号频谱图的主要频率成分为1倍频及高次谐波，频谱图成分与机组大修前的上个运行周期相比无明显变化，但倍频幅值有所增大（见图3、图4）。

中石化股份天津分公司装备研究院2014年5月机组检修前后烟机测点振动趋势图

中石化股份天津分公司装备研究院2012年10月6日-2014年5月2日机组正常运行状态烟机测点频谱图

中石化股份天津分公司装备研究院2014年5月24日-2015年2月6日机组正常运行状态烟机测点频谱图

中石化股份天津分公司装备研究院机组振动探头的GAP电压变化趋势图

中石化股份天津分公司装备研究院机组振动测点波动的顺序

中石化股份天津分公司装备研究院图92015年2月6日AM8:18:27烟机测点的频谱图

中石化股份天津分公司装备研究院烟机测点的2倍频振动幅值及相位波动情况

中石化股份天津分公司装备研究院烟机测点的1倍频振动幅值及相位波动情况从机组测点频谱图可以看出：烟机正常运行状态下4个振动测点的频谱主要成分为1倍频、2倍频和高次谐波，各个测点的振动频谱成分及幅值均很稳定。在2月6日上午8:18开始的机组振动波动，主要由烟机测点振动频谱中的1倍频和2倍频成分波动引起。烟机4个测点振动2倍频成分发生了比1倍频成分更大的波动，增幅很大，表明转子对中状况明显发生恶化。同时，从烟机4个测点的1倍频振动波动趋势图可以看出：烟机的1倍频振幅明显增大，相位也发生了较大变化，说明转子动平衡状况也发生了改变。

中石化股份天津分公司装备研究院正常运行状态和2015年2月6日（AM8:18:36）烟机南侧轴承的轴心轨迹图由于机组S8000振动监测系统未接入键相信号，烟机转子的轴心轨迹图不能真实反映出转子进动方向，只能观察烟机轴心轨迹的形状。对比机组正常运行状态和2月6日上午振动波动时烟机南侧轴承和北侧轴承的轴心轨迹图可以看出，烟机2个轴瓦处的转子轴心轨迹发生了明显变化，都有明显的尖角，而且振动幅值增大，频率成分更为丰富，说明从2015年2月6日上午8：18开始烟机转子发生了摩擦。烟机异常振动原因分析根据机组S8000在线振动监测系统记录的机组振动历史数据，通过对烟机振动波动趋势及频谱图分析，可以看出烟机内部有部件断裂脱落或有外部异物进入，造成烟机转子发生摩擦，振动大幅波动，烟机轴位移超标是引起机组停机的主要原因。初步判断异物很有可能来自烟机静止部件或机组外部，如果烟机转子叶片先发生断裂，那么烟机转子轴振动的1倍频成分增大幅度将明显超过2倍频成分的变化，烟机轴振动将突增并保持较高的振动水平，不会增大后又降低。

中石化股份天津分公司装备研究院中石化股份天津分公司装备研究院烟机异常振动原因分析由于叶根与进气道之间有10～11mm间距，如果有异物卡在其中，对旋转的烟机转子叶根榫槽连续进行切割。在烟机测点的振动频域谱图中就会出现2～10倍的高次谐波，并且时域谱图出现削波和相位失稳现象。同时，由于切割力作用于悬臂的烟机转子轮盘上，产生很大的剪切力，以轴承为支点，不断交变地作用在轴系最薄弱的联轴器挠性元件上，而且还会造成轮盘温度上升（见图17），表现为持续波动的2倍频成份，转子对中状况恶化，增大了机组轴向载荷导致烟机转子轴位移超标联锁停机。

中石化股份天津分公司装备研究院叶根被持续切割、磨损使叶根、轮盘温度剧升，因此表现在轮盘测温点温度升高。当温度超过叶根材料的温度极限时（750℃以上