催化装置烟机振动原因分析

王福山，魏晓红

（1.锦西石化分公司催化气分车间，辽宁 葫芦岛 125001;2.锦州石化分公司焦化车间，辽宁 锦州 121001）

烟气轮机是催化装置的主要能量回收设备，其作用是利用再生烟气的热能和压力能膨胀做功以带动主风机运行。由于它和主风机同轴连接，其运行平稳将直接影响整个装置的安全运行。因此，烟气轮机成为催化装置的关键设备之一。

锦西石化分公司100万t/年催化裂化装置于2003年9月完成扩能改造，能量回收机组采用烟气轮机、离心压缩机、电机（三机）同轴布置。烟机型号为YLⅡ—6000A(双级烟气轮机)，离心压缩机型号为MCL-1004，电机型号为YK3200-2/1180，额定功率3 200kW，增速机型号为GJD-350-2500/1.896。烟气轮机为两级透平，采用轴向进气悬臂转子结构。在烟机运行期间，有时还会出现一些振动问题，对催化三机组长周期运行有一定的影响。

一、烟气轮机机组振动原因分析

1.振动特性

在考核烟机运行状况的指标中，烟机转子振动值是一个重要的指标。统计资料表明，绝大多数烟机不能正常运行都是由振动所致。其主要原因是：①烟机转子属悬臂结构，轮盘部分质量较大，整个转子稳定性差。②烟机的工作介质是再生烟气，不仅温度高，而且还含有一定浓度的催化剂颗粒。③轮盘冷却和密封用1MPa蒸汽易凝结成水。④烟机为直动式，转速较高。

基于上述原因，烟机转子振动值一般比压缩机转子振动值大且难以控制。但烟机结构及密封要求所允许的振动值又比较小(通常要求烟机转子的振幅不大于80μm)。

2.原因分析

（1）粉尘堆积结垢或颗粒冲蚀

烟机解体检查可以发现，在转子及两级轮盘腔内有比较严重的粉尘堆积和结垢，叶片上有白色的催化剂沉积。这些堆积使得转子动平衡造成破坏，进而引起机组轴振动增加。

（2） 机组对中误差

如果转子的2X倍频谱发生较大变化成为主导振动频率，则对中不良产生的机组振动为主要因素。

（3）动静体零件碰磨产生振动

2008年3月，烟机因前轴承振动由14.4μm急剧上升至51μm，后轴承振动由24.6μm上升至43μm，烟机机壳振动烈度最大为11.4mm/s而被迫停机进行检修。拆检后发现，转子轮盘轴颈与气封环产生严重的磨损，轮盘轴颈产生沟痕，一级、二级气封环严重变形，气封环一侧梳齿密封片因磨损需要全部更换。

（4）出、入口管线变形

入口与过渡机壳相连接的管线变形及法兰平面产生扭曲都会对机组产生影响。设备安装时若通过外力强行将管线与机体连接就会产生机壳局部翘曲变形，内部转子与机壳产生碰撞或气流振荡，导致外部猫爪螺栓受力变形。

（5） 运行工况不稳定

当运行工况不稳定时，烟气流量和速度的变化可导致催化剂粉尘颗粒大小、速度不一致。粉尘颗粒足够大时，其动能可能对叶片材料造成实质性冲蚀。因此，粉尘颗粒大小以及速度是影响冲蚀的重要因素。

3.烟机振动状态图谱分析

在催化装置三机组上安装的在线状态监测系统S8000可以通过捕捉各种状态信号，在计算机上可以快速准确地了解机组的运行状况，便于对机组进行检测并分析各项参数。

（1）振动状态轴心轨迹分析

2010年5月21日烟机振动开始上升，前振SISA701/1由34μm上升到42μm，后振SISA701/3由66μm上升到78μm，烟机机壳振动烈度最大为5.68mm/s，对振动状况较严重的烟机4个通道进行监测，得到前轴和后轴的轴心轨迹图，分别见图1、图2。

从图中可以看出，图1轴心轨迹呈椭圆形，图2表现出明显的不稳定状态，轨迹较凌乱，呈现出轻微的8字形。

转子轴心轨迹呈椭圆或“8”字形的形状符合烟机组的转子不平衡，转子不对中，动静体零件因碰撞产生磨损和轴承瓦隙大、轴承瓦力不足等的振动故障识别特征，具体情形还需进一步分析。

（2）振动状态频谱图分析

YLⅡ-6000A机组的频谱图为正弦波，频谱的主要组成频率为工频。烟机前后轴振动测点的频谱图分别见图3、图4。

从各图中可以看出，前轴轴振测点XISA701/1和后轴轴振测点XISA701/3只有一倍频增长的快些，其他倍频及谐波变化不大。

由于各通道振动成分分布状况主要成分为工频，所以判断主要是催化剂粉尘结垢导致的动不平衡。

4.结论

针对催化装置烟机工况特点及查看状态图谱，可知烟机的振动是由催化剂的结垢不均匀和垢污脱落所形成的动不平衡而引起的，而催化剂的结垢明显与轮盘冷却蒸汽的温度有关。因为低压蒸汽管网用户较多，尤其是白天与夜晚相差较大，蒸汽的温度无法保证。因此，根本不需要停机检修，只要保证蒸汽的正常温度，烟机的振动值就会回落、稳定。之后，车间进行调整，烟机振动值回落到之前的最高值68μm，运行非常平稳。

二、改进措施

1.严格控制烟机入口温度

严格控制再生器的温度不大于700℃，控制烟机的入口温度在(655±5)℃，避免超温对烟机寿命的影响。

2.提高轮盘冷却蒸汽品质

如果蒸汽温度低或带水，则不仅可导致轮盘温度波动大，而且可造成水击，引起机体振动或机组各点膨胀不均匀，造成叶片松动和催化剂的堆积等，由此影响机组的动平衡，导致机组振动加大。尽量提高蒸汽温度，并加强蒸汽脱水处理，杜绝蒸汽带水现象发生。

3.提高控制、保护系统可靠性

对于烟气轮机来说，最危险的工况是超速。为此，在每次开机前，仍需严格对其进行校验和调试。

4.提高烟机运行效率

①在不影响两器(反应器、再生器)压力及平稳操作的情况下，尽量增大烟气轮机入口蝶阀开度以提高烟气轮机入口流量，减少旁路流量。②在不超温、不超压的前提下，尽量提高烟气轮机入口压力和温度使烟气轮机在设计点附近工作。③尽可能保证两器、三旋的平稳操作，尽量降低烟气轮机入口烟气的催化剂粉尘浓度。④在满足系统用风需要的情况下，及时调整风机的负荷。⑤在保证能量回收机组不超速的情况下，尽可能降低双动滑阀的开度，增大进入烟机的气流量以提高烟机的做功能力。

三、结论

烟机的稳定运行是催化装置优质平稳运行的基础，是装置节能降耗的关键点。通过设备状态监测和故障诊断对烟机振动进行分析，做出正确的决策，把烟机事故消灭在萌芽状态，为今后大机组设备的管理积累了经验，是保证设备连续、安全、可靠、高效和经济运行的重要技术手段。

[1]沈庆根.化工机器故障诊断技术[M].杭州：浙江大学出版社，1994.

[2]张碧波.设备状态检测与故障诊断[M].化学工业出版社，2007.