烟机轮盘温度控制失效分析与对策

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隙达4mm（直经间隙），烟气自该处也能漏入轮盘冷却腔室，造成腔内温度高。因金加工设备有限无法对导流锥密封