烯烃裂解气压缩机组故障分析及处理
烯烃裂解气压缩机组故障分析及处理
一、概述：
该汽轮机在2003年6月24日中午12:20转速从6500转突跌至5000转左右，二段抽汽压力低报，工艺几经努力始终提不起转速。最终停机检修。
二、故障分析：
1, 首先我们来分析一张转速时间图，请看图1。从10:18至12:15这一段时间内，转速尚能维持在6500转左右，离正常转速7050转约差550转，随后的半小时内，转速在1400转的大范围内波动。图2为放大后的图谱，相应时间段为12:19-12:31。紧接着转速降为5000转左右，在下午1:10至3:00这一段时间内工艺进行了数次调试未果，最终停机。开始我们怀疑抽汽调节阀的油路有问题，后经工艺证实调节阀的阀杆可以全开全关。故排除这一因素。
图1
图2
图3
2, 由抽汽阀所注入Ⅱ段机壳内的流量来看，其阀的开启程度是在逐渐减小的，从DCS显示的数据来看（见表1），在12:20-12:47这段时间内汽轮机Ⅰ段进汽流量逐渐从48.908T/h增加至80T/h左右，Ⅱ段进口流量却相应减少。从47.669T/h减少为28.188T/h。对于这一现象的理解，现阐述如下：由于Ⅰ段出口压力从4.234Mpa下降至3.368Mpa，我们可以推断Ⅱ段机壳内的气体压力也同样呈下降趋势，这时做功的能力将同样降低，导致整个转子的转速变慢，同时会出现如下几个现象（1）由于Ⅰ段出口压力的降低，进入Ⅱ段的压力将同样随之下降，导致Ⅱ段做功能力削弱，需求的汽体流量变小，所以数据显示Ⅱ段进口流量呈下降趋势，（2）由控制转速的调节机构指令Ⅰ段注汽调节阀加大阀的开启程度，迫使提高转速。（3）转速变慢的同时，汽轮机做功的能力相对降低，也即压缩机的负荷随之降低，转速提起来后，负荷又相对增加；负荷一增加，转速又随之下降。如此往复，引起转速的波动。参见图1-3。除以上3点外，还可以演绎其它一些变化：当转速增至某一高点时，调节控制阀的开启程度势必下降。从12:47－12:49之间的流量数据来看，Ⅰ段进口流量从80T/h下降至约29.389T/h.（此时Ⅱ段腔内的流量只有14T/h）这种剧烈的变化，导致Ⅱ段腔内的压力大为降低。有一个明显的数据，Ⅱ段轮室压力有一个明显的数据变化，即从2.4Mpa降为0.2Mpa，这种剧烈的压力变化导致横梁受力不均，使本来已错位的T形勾，进入横梁底部长方槽，导致其阀位降至低点。故流量显示至最低点0.277T/h参见表1。注意这时阀位没有全部关死。当横梁腔内的汽体压力和阀腔内的汽体压力再次平衡后，控制系统又促使横梁拉杆上移，T形勾槽靠侧面与横梁的的磨擦力再次提起，这一点从我们检查横梁的位置时可以看出。当时检查已发现T形勾落入凹槽，但横梁拉杆尚可提起。但由于横梁高度已降低，所以在随后的一段时间内（13:15-15:00）流量又有一次反复，但Ⅱ段进汽量提到20T/h（14:55，此时Ⅰ段进汽量达到76.534T/h）再也提不起来与原有的46T/h（11:50）相差甚远。是故，转速始终提不起来，导致停机。
3, 下面我们再来看以下几张图。图3,4,6,7是同一时刻汽轮机两径向轴瓦的波形频谱图；图4与图5，图8与图7分别是两轴瓦同一探头相隔不到一分钟所采集的两张谱图，为便于对比，故一并纳入下列几张图谱之内。谱图显示了以下几个特点：
（1）存在一个明显的特征频率0.6倍频，这一特征频率是我们在实际工作中从来没有遇到过的，在任何资料上也从来没有见到过的。但可以排除轴瓦油膜振荡这一因素。
（2）从图4与图5，图8与图7来看，轴瓦的油膜极不稳定，波动量很大。
（3）从所有的谱图来看，油膜存在大量非线性成份，且极不稳定，变化很快。
（4）波形图同样也极不稳定。
图2
图4
图5
图6
图7
图8
（5）从振动趋势图9来看，透平在转速波动最剧烈的时间内，也随着一起波动，但随后又趋于平稳；而且油膜成份的变化极快应跟汽路有关。故可排除轴瓦存在问题。
（6）从轴心轨迹图看，轴心轨迹变动幅度小，图形稳定。
图9
图10
图11
基于以上6点，我们认为该机组转速的突降跟汽轮机转子系统没有关系，问题应该出在调节阀部位。
另外提供压缩机的一部分数据，从图12-13来看，压缩机振动变化同汽轮机相似，应理解为同一原因造成。这一段时间约约有十分钟，从振动值来看，振动值不足50微米。如果认为这一现象是喘震，那未免有点偏颇。喘震的实质是压缩机出口管网的压力高于压缩机内内的压力，导致倒流所致，引起机组剧烈振动并伴随低沉的吼声。这种振动对压缩机是极为有害的。下面分析几点：（1）在实际机组的运行中，压缩机转速处并没有处在起停机阶段，还保持在5000转以上，根据烯烃101J试车的经验，在压缩机转速提不起来时，压缩机的压力升不起来，但没有出现喘震这一现象来讲，此机组同样也不会发生喘震；（2）现场没有发生明显的低吼声；（3）压缩机瞬间振动值不符合强喘时的振动值，即使是喘震也不至于把提升杆的T形勾震脱。压缩机随转速波动的结果，主要的还是对机体内压力的影响，其直接结果是导致轴位移发生剧烈的变化参见图14-16。
图12
图13
图14：汽轮机轴位移
图15：低压缸轴位移
图16：高压缸轴位移
三、故障处理
我们打开了调节阀北侧的端盖，工艺配合将调节阀内的横梁上升下降数次。一开始未曾发现有何异象，后来发现横梁可以撬动，且上升余地很大，约在30－40mm之间。随之我们顺藤摸瓜，最终发现提升横梁的两根拉杆与固定其上的定位块间销子断裂，致使提升杆转动90°，导致提升杆底部扁平T形勾未勾住横梁，不能使提升杆提起，最终导致抽汽阀失效，转速升不起来。至于销子的断裂，我们是这么认为的：根据断裂面歪向一侧明显，断口色泽晶亮，显然是承受过很大的剪切力，极有可能是在首次安装时扭断的。
四、总结
以上是我们的一些浅见，还望各位同仁批评指教。通过对这一次故障处理，使我们又一次积累了宝贵的经验，为我们在线监测、故障诊断充实了新的内容。在此我们同时感谢石化公司机动处、石化厂机动科及其它相关单位给予的帮助。
2003-6-25
烯烃裂解气压缩机组故障分析及处理.doc
