王 華

作者通聯(lián)：中油撫順石化設備檢測監(jiān)理研究中心 遼寧撫順市渾河南路中段18-5號 113008

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1.概述

催化裂化裝置主風機組是通過回收再生煙氣帶動主風機為整個裝置供風的心臟設備。煙氣輪機能否正常運行是企業(yè)催化裂化裝置節(jié)能降耗和巨大經(jīng)濟效益的基礎。從多年的工作經(jīng)驗看，煙機非工藝性故障停車的原因大多由于振動超標。引起振動超標的因素有很多，一般情況下人工裝配誤差、轉子動不平衡、轉子磨損、葉片斷裂、管道或殼體變形等都有可能產(chǎn)生振動超標。而這其中一半以上的故障停機是由于煙機轉子動平衡遭到破壞引起的。總結工作中常遇到故障實例，催化劑細粉堆積和結垢及催化劑顆粒對煙氣輪機轉子的沖刷是破壞煙氣輪機轉子動平衡的重要原因。

從目前國內外對煙氣輪機結垢的研究和煙氣輪機垢樣的顯微觀察分析，煙氣輪機結垢的主要原因：一是進入煙氣輪機的煙氣中含有大量的催化劑細粉，為煙氣輪機結垢提供了物質基礎，細粉越多，結垢速度越快；二是催化劑細粉顆粒存在靜電吸附作用，當催化劑細粉顆粒的靜電吸附力大于其離心力后，便能將小于5μm的細粉逐層吸附加厚形成結垢；三是在細粉表面有粘結物質存在（研究表明硫酸鈣在670℃左右時粘結性最強，鐵與催化劑成分中的硅和鈉發(fā)生化學反應，生成低熔點的共熔相物質，也起到了粘結劑的作用，此外在高溫下形成的磷酸鹽也具有粘結性）；四是在煙氣輪機內有一定的溫降過程，使催化劑結垢玻璃體逐漸變硬。

圖1 機組構成及測點布置示

2.煙氣輪機異常振動故障診斷

某廠催化裂化裝置主風機—煙氣輪機能量回收機組構成及測點布置見圖1，主要由煙氣輪機（以下簡稱煙機）、軸流式壓縮機、齒輪箱、電機/發(fā)電機組成。從2009年1月始煙機軸瓦各測點振動幅值緩慢升高，在2009年8月-9月煙機振動上升至100μm以上（各測點通頻值見表1），而且振動出現(xiàn)頻繁波動，軸流風機、齒輪箱和電機的各測點振動幅值較穩(wěn)定。

表1 煙機軸瓦各測點振動通頻值 μm

首先查看煙機振動的真實性。煙機4個徑向振動測點的間隙電壓一直穩(wěn)定在線性工作范圍內，振動突變前后間隙電壓線性增長，說明振動傳感器工作正常，所測振動值真實可靠。

圖2 煙機非聯(lián)軸端XI1001（CH1）和XI1002（CH2）5月和9月時域波形及頻譜圖

圖3 煙機聯(lián)軸端 XI1003（CH3）和 XI1004（CH4））5 月和9月時域波形及頻譜圖

比較煙機振動升高前后的頻譜圖（圖2和圖3），煙機通頻振動幅值上升是由工頻幅值增長引起的，9月煙機振動的頻譜顯示能量主要是集中在工頻上，而且工頻能量占整個通頻總能量的90%以上，其二倍頻和半倍頻的幅值基本穩(wěn)定，無明顯的變化。振動時域波形為正弦波，波峰波谷有細小毛刺出現(xiàn)，可能存在動靜碰摩。

觀察煙機前后軸的軸心軌跡（圖4和圖5），前軸瓦的軸心軌跡幾乎成為一條斜線，后軸瓦的軸心軌跡較扁，前后軸瓦軸心軌跡都不是光滑的曲線，后瓦有明顯的尖角出現(xiàn)，分析認為煙機轉子存在局部回轉不光滑，周期性的動靜碰摩。

三旋出入口催化劑激光分析儀的檢測結果顯示，三旋出口的煙氣催化劑顆粒濃度超標，三旋效率僅為6%，即進入煙氣輪機的煙氣含有過量的催化劑（包括催化劑細粉和顆粒）。

通過對上述振動信號及三旋出口煙氣催化劑顆粒濃度結果分析得出：（1）煙氣輪機振動波動且振動幅值較高是由于轉子存在動不平衡故障，可能是由于煙氣中的催化劑顆粒對動葉片的不均勻沖刷磨損，或催化劑細粉在轉子上不均勻堆積結垢及垢塊局部脫落引起的。（2）煙機轉子與靜子之間可能存在動靜摩擦。由于催化劑在圍帶上沉積到一定程度時，造成動葉片頂部與圍帶間隙減少，使得動葉片頂部與圍帶上燒結的催化劑產(chǎn)生周期性的碰摩。

圖4 9月煙機非聯(lián)軸端軸心軌跡

圖5 9月煙機聯(lián)軸端軸心軌跡

由于煙機振動偏高，三旋出口的煙氣催化劑顆粒濃度超標，三旋效率低，煙機繼續(xù)運行可能造成不堪后果，于是裝置停氣小修，更換煙機轉子。煙機解體后發(fā)現(xiàn)，轉子葉片有較厚的玻璃體垢層，葉片和葉片根部有明顯沖刷痕跡，葉片根部沖刷痕跡較深，轉子輪盤有碰摩痕跡。

針對煙氣輪機的惡劣工況導致催化劑細粉堆積和結垢及催化劑顆粒對煙機轉子沖刷引起的振動異常，在操作過程中應努力確保催化劑質量，防止工藝操作大幅波動，加強煙氣中催化劑濃度和粒度的檢測，全面加強對煙氣輪機在線振動監(jiān)測，保證煙機長周期安全運行。