1 故障经过
1.1 机组简介
呼石化公司催化裂化装置主风机组采用烟气轮机——轴流风机——变速器——电机三机组型式的布置形式。烟机、轴流风机在高速端。电机在低速段。配置方式如下图-1。
风机型号为 AV56-13。进气压力0.0879 Mpa(A)、出口压力0.41 MPa(A)、额定轴功率8200kw、额定转速5868rpm。
1.2 自保连锁报警设置情况
按照设计,机组连锁停机项目包括: 润滑油压力过低、机组位移过大、机组超速、机组连续逆流四项内容。振动过大设计不带停机连锁,只发出报警信号。当机组振动值≥87μm的情况下,发出机组振动大报警;当振动值≥105μm的情况下,发出机组振动过大报警,由操作人员实施停机操作。
1.3 故障前检修内容
本次检修主要工作内容是轴流风机部分进行风机转子修复后回装、静叶承缸修复后回装、轴瓦调整、轴系找正、静叶调节系统整定等工作,烟机部分进行转子更换、轴瓦调整等工作。
1.4 故障发生前后的具体过程
2008年5月24日12时54分,催化裂化轴流风机突然振动大涨,超过了105μm的报警上限,最大达到170μm。紧接着主风机连锁停机。事故后,呼和浩特石化公司迅速与轴流风机制造厂家联系。要求厂家派人到现场。5月25号在厂家人员的指导下,解体风机。发现转子叶片,静叶损毁严重。下面就本次开机前后过程进行简单回顾。
本次机组检修是由于2008年3月25日轴流风机转子叶片断裂损毁后,经过陕西鼓风机厂全面检查修复后,进行修复安装的。整个的安装调试工作都是在陕西鼓风机厂技术人员指导确认下完成的。时间从2008年5月9日转子到场,5月22日完成全部安装工作。5月23日开始进行机组修复后72小时运行考核工作。
三机组开机及切换过程如下:
2008年5月23日10:00引烟气暖机烟机升速,23日17:00烟机转速5400rpm电机合闸,风机提负荷提压力进行机组切换,23日23:27机组切换完毕。23日23:48风机提负荷静叶由56.8°开至68.9°,24日0:10静叶由68.9°开至74.2°,0:25静叶由74.2°开至77.3°,0:50静叶由77.3°开至78.6°,01:19静叶由78.6°关至76.4°。
三机组切换完毕后,反应岗位调整操作,再生器压力23日23:27从0.17Mpa 至24日0:27提至0.23MPa以后一直控制在0.23MPa。反应温度一直控制在500℃左右。提升管进料量一直控制在110T/H。再生器主风量FI2001A 23日23:05显示8500NM3/H,23:30显示105000NM3/H,23:50显示112000NM3/H,24日0:11显示116000NM3/H,直至24日12:54(主风机时钟显示比DCS时钟快10分钟)下降为0NM3/H。
2 原因分析
2.1 在叶片上存在裂纹性缺陷
图2为发生断裂事故后的转子图,从图中可以看出第7级叶片全部断
裂,其余2、3、4、5、6、8级叶片发生不同程度的塑性变形,这主要是由于7级断裂后的叶片对其余叶片的撞击所至。
图3(a)、(b)所示为7级叶片断裂后,部分叶片的根部照片。从照片可以看出,裂口左边存在被氧化的痕迹,右边断裂区较平滑,具有脆性断裂的特征。由于机组只运行了13个小时,从裂纹特征可以推断,在这次运行之初,动叶上就已经存在裂纹。根据《AV56-13轴流压缩机转子、承缸返厂修复技术协议》,要对转子全部动静叶片进行磁粉探伤检查。检查报告制造厂没有提供。但是陈旧裂纹的存在,是检修不完全的结果,因此这部分后果因该由制造厂来负。
2.2 转子运转过程可能存在碰磨现象
根据现场数据分析的结果,机组启车运行后,出现了三次比较大的振动,直到最后停机。图4所示为风机刚刚达到工作转速时的波形及频谱图,从图中可以看出,二倍频信号越占同频信号的1/3,同时出现分频振动,虽然不是很大。图5为此时的轴心轨迹,在烟机侧的轴心轨迹为正进动,增速箱侧的轴心轨迹为反进动,并且轴心轨迹为不规则的圆形。以上种种现象表明,根据目前能够收集到的材料看,此时转子烟机侧和增速箱侧可能存在碰磨故障。
图6所示为在第一次振动突增时的波形及频谱图,从图中可以看出,测点2025出现倍频分量和同频分量,测点2026的倍频振动已经和同频振动接近相等,通过图7(a)可以看出,此时该处的轴心轨迹为正“8”字形,出现比较明显的磨碰迹象。从图6(c,d)可以看出,此时的增速箱侧的测点处的频谱信号中,出现较丰富的高次谐波,图7(b)所示的该处的轴心轨迹也表明了,此时的转子的磨碰现象加剧。
图8所示为第二次振动突变时的波形及频谱图,其信号特征同第一次振动突变,只是此时的轴心轨迹为内“8”字形。
图10所示为转子停车前的波形及频谱图,从此图可以看出,除了转子存在比较高的同频信号外,转子出现了较高的低频振动。由于低频振动实际上是转子的整体“甩转”,因此现场机组的振动非常剧烈,极具破坏性。这也是造成缺陷叶片断裂的主要原因。图11所示的轴心轨迹看,此时的振动为内“8”字形。烟机侧为反进动,增速箱侧为正进动。
3 总结
3.1 间隙问题
根据故障前的检修数据,下列数据超出了标准允许的范围:径向轴承侧隙(排气端)0.25mm(标准值为:0.32~0.35)径向轴承侧隙(进气端)0.16mm(标准值为0.32~0.35)低于标准值,并且检修后的数值经过制造厂同意。小间隙可能会导致机组的碰磨,这将会引起机组振的自激振动,从而加剧了振动故障。
3.2 裂纹问题
从7级部分叶片断裂后的根部照片可以看出,裂口左
边存在被氧化的痕迹,右边断裂区较平滑,具有脆性断裂的特征。从裂纹特征可以推断,在这次运行之初,动叶上就已经存在裂纹。从机组的振动趋势上看,存在叶片分几次断裂的可能,因此,也可能在叶片的中部存在裂纹等缺陷,由于没有已经断裂的叶片做分析,目前只能推断该方面的问题。
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