烟气轮机的状态监测与故障诊断实例分析

1、 收稿日期 :2009211219作者简介 :武文斌 (19592 , 男 , 河北武安人 , 高级工程师 , 学士 , 从事设备管理工作 。文章编号 :100027466(2010 0220074204烟气轮机的状态监测与故障诊断实例分析武文斌 , 苗海滨 , 任新广(中国石油 大港石化分公司 , 天津 300280摘要 :以某公司 2004年催化裂化装置烟气轮机一次典型故障案例的分析和维修为例 , 介绍设备状态监测技术的应用情况 。关键词 :烟气轮机 ; 状态监测 ; 故障诊断 中图分类号 :T K 267 文献标志码 :BCondition Monitoring and Analysis

2、 of F ailure 2gas TurbineWU Wen 2bin , MIAO H ai 2bin , 2(Dagang Pet rochemical , China Abstract :This p s a failure diagnosis case of stack 2gas t urbine in 2004, t heexample explains and maintains process ,equip ment condition monitoring application was introduced.K ey w ords :stack 2gas t urbine

3、; condition monitoring ; failure diagnosi 状态监测技术使得对机械设备的维护由按计划 定期维修走向状态 、 预知维修变为现实 , 也使机械设 备的维护方式发生了根本性革命 。状态 、 预知维修 使维护者能够按照状态监测情况及时准备维修部 件 , 安排维修计划 , 克服了定期维修带来的不必要的 经济损失和设备性能的下降 。 其完善的诊断能力可 准确指出故障类型和故障部位 , 避免了维修的盲目 性 , 缩短了维修工期 , 为企业带来十分显著的经济效 益 。 我公司自 2003年开展设备状态监测以来 , 关键 设备故障率逐年降低 。 文中以催化裂化装置烟气轮

4、机为例介绍其应用情况 。1 催化裂化装置烟气轮机简介催化裂化装置烟气轮机拖动的三机组是装置的 最关键设备之一 , 它利用催化裂化装置生产过程中 产生的高温再生烟气余热驱动轴流式空气压缩机作 功 。 烟气轮机机组的运行情况直接关系到催化装置 的安全运行周期和能耗水平 , 对保证催化装置正常 平稳运行和节能降耗具有重要意义 。该烟气轮机由兰炼机械厂制造 , 型号为 Y L 210000F/1, 设计入口温度为 660 , 设计出口温度为 484 , 设计入口压力 0. 37M Pa , 入口烟气体积流量 28000m 3/h (标准状态 , 转速 5880r/min , 功 率 13930kW 。

5、轴流风机由陕西鼓风机厂制造 , 型号 AV56213, 风量 3000m 3/min (标准状态 , 其出口压力为 0. 43M Pa , 功率 9040kW 。电机由上海电机厂制造 , 型号为 YC H71024, 功率 6300kW 。2 烟气轮机状态监测启机波德图是实施设备状态监测中显示振动测 点随转速的变化 、 振动幅值和相位变化的幅频响应 和相频响应曲线 1, 通过启机波德图可以分析转子 系统启机状态 。烟气轮机检修后于 2004203230投 入运行并对其实行状态监测 , 其在线监测测点布置 示意图见图 1。 从启机波德图 (图 2 可知 , 烟机第 4测点位置 1X 频幅值最高达

6、 60m , 数值偏高 , 分析 认为是动平衡精度略低造成 。 从一倍频振动趋势可 第 39卷 第 2期 石 油 化 工 设 备 Vol 139 No 12 2010年 3月 PETRO 2CH EMICAL EQU IPM EN T Mar. 2010 知 , 电机合闸后 , 在转速达到额定转速后振动趋于稳 定 , 转子初始状态基本正常 。加负荷时振动幅值略 有波动 。 2004203231T06:19:20, 机组出现第 1次严 重振 幅 波 动 , 相 位 也 同 时 出 现 变 化 。 2004203231T10:44:20, 机组出现第 2次严重振幅波动 , 相位也同时出现变化 。

7、机组 4个振动测点出现 2次严重 振幅波动 , 振动趋势变化显示幅值同时向下变化然 后增高 , 烟气轮机振动值由 50m 上升到 75m , 同 时机壳水平方向的振动值由 1414mm/s 升高到了 21mm/s 。1 键相测点 2、 3、 45. 7、 8、 9图 图 2 启机时的波德图3 振动故障分析及维修 3. 1 烟气轮机轴心轨迹轴心轨迹是轴心相对于轴承座的运动轨迹 , 它反映了转子瞬时的涡动状况 , 根据轴心轨迹的变化 可以了解和掌握转子的运动状况 1。 由烟气轮机前 轴承 4个不同时刻的轴心轨迹可以看出 , 其轴心轨 迹紊乱 , 不平滑 , 存在许多尖角 。烟气轮机前 、 后轴 承

8、 1X 频轴心轨迹见图 3, 图 3显示烟气轮机前 、 后 轴承轴心轨迹频繁出现正 、 反进动交替现象 。图 3说明机组运行非常不稳定 。 3. 2烟气轮机时域波形 时域波形是幅值随时间变化的图形 , 具有直观 、 易于理解 、 反映最原始的信号 、 包含的信息量大等特点 2。 图 4是烟机及轴流风机的振动测量位置 2、 3、 4、 5、 7、 8、 9、 10这 8个振动测点的时域波形 , 由图 4可见 , 其中 4个测点位置 (2、 3、 8、 10 的时域波形 显示明显的削波现象 。 3. 3故障诊断 绝对振动达 20mm/s 的现象说明烟气轮机已57 第 2期 武文斌 , 等 :烟气轮

9、机的状态监测与故障诊断实例分析 经发生过严重故障并处在故障下运行 。此外 , 振动时域波形出现明显削波 、 轴心轨迹紊乱 、 烟气轮机前 后轴承位置的轴心轨迹正反进动 , 均表明通流部分叶片和轮盘密封有异物进入或动 、 静部件间接触导致碰摩 。 目前虽然相对振动不大 , 但是绝对振动值 (21mm/s 已严重超过安全运行范围 。图 3 2004204202烟气轮机前 、 后轴承 1X 频轴心轨迹图 4 8个振动测点的时域波形 转子与静止零部件发生干摩擦 , 起因可能是转 子与静止件之间的安装间隙太小 、 轴存在挠曲变形 、转子与静止部件热膨胀量不一致等原因造成 3。故 障特征显示局部碰摩是指转

10、子在进动过程中与静止 部件发生间歇性的 、 局部性的碰撞摩擦 4。 Denhar 2tog M P 较早提出了一种反向进动模型 , 认为发生局部碰摩时 , 接触力和转子运动之间为非线性关系 ,使转子产生次谐波和高次谐波振动响应 。 碰摩引起 转子的损伤后 , 振动响应可能为不平衡量的变化 。 根据在线振动趋势图 , 在 2次振动波动时呈现出幅 67 石 油 化 工 设 备 2010年 第 39卷 值 +相位一致性变化 , 呈刹车制动特征 。建议立即 进行停机拆检 。解体后检查发现 : 气封磨损和变形严重 。 静叶片密封处有局部碰摩 。 有轮盘冷却蒸气严重 带水的明显标记 。根据上述分析 , 气

11、封变形导致运动的转子和静 止部件气封间碰磨 , 使气封严重磨损 。导致气封严 重摩损 、 严重变形的直接原因是轮盘冷却蒸气带水 且较 多 。经 查 运 行 数 据 , 确 认 蒸 汽 供 应 参 数 在 2004203231出现 2次波动 。 3. 4维修 维修时更换了新的气封及备用转子 。 为避免出 现蒸汽带水的情况 , 开机过程应注意对冷却蒸汽的 温度控制 , 故将烟道加热盘管的介质改为冷却蒸汽 , 蒸汽温度由 170 提高到 220 以上 。4 结语 按故障诊断结果 , 更换新的气封和备用转子及加强工艺控制后 , 催化装置烟气轮机运转恢复正常 。根据运行记录 ,2003年烟气轮机非计划停

12、机 2次 , 2004年烟气轮机非计划停机 1次 。 2004年维修后 , 2005年没有出现过一次非计划停机 , 通过加强日常 的状态监测工作 , 目前催化装置烟气轮机平均运转 时间 12000h 。催化装置烟气轮机一次非计划停机造成的直接 损失达 100多万元 , 因此 , 应用状态监测和故障诊断 技术的经济效益显著 。参考文献 :1 钟秉林 , 黄 仁 . 机械故障诊断学 M .北京 :机械工业出版社 ,2005.2 高金吉 . 旋转机械振动故障原因及识别特征研究 J.振动、 测试与诊断 ,1995,15(3 :23226.3 盛兆顺 , 尹琦岭 . 设备状态监测与故障诊断技术及应用 M

13、 .北京 :化学工业出版社 ,2003.4 沈庆根 . 化工机器故障诊断技术 M .杭州 :浙江大学出版社 ,1994.(杜编 收稿日期 :2009210218作者简介 :胡永锁 (19742 , 男 , 黑龙江肇源人 , 工程师 , 学士 , 主要从事炼油厂及油田地面工程的建设工作 。文章编号 :100027466(2010 0220077204Aspen 软件在换热网络能量分析中的应用胡永锁(中国石油工程建设公司 , 北京 100011摘要 :针对夹点技术被广泛应用于换热网络设计和实际生产过程中能量分析的情况 , 利用 Aspen 软件 , 提取现场换热网络相关数据 , 对换热网络进行夹点

14、分析 , 研究换热网络能量利用的瓶颈 , 为换 热网络的节能改造提供理论基础 , 通过实例验证了研究结果的有效性 。 关键词 :换热网络 ; 夹点技术 ; 流程模拟 ; 应用 中图分类号 :TQ 021. 8 文献标志码 :BApplication with Aspen at of H eat Exchanger N et w orksYong 2suo(China Pet &Const ruction Corporation , Beijing 100011, China Abstract :For pinch point technique was widely used in heat exchanger network design and t heact ual p roduction process energy analysis , utilization of Asp