呂云輝，李代富，李維特，張曉廣，趙忠武

（呼倫貝爾金新化工有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021506）

1 概 述

呼倫貝爾金新化工有限公司36000m3／h空分裝置空氣壓縮機(jī)組由空壓機(jī)、汽輪機(jī)、增速箱和增壓機(jī)組成，采用一拖二的形式（汽輪機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)和增壓機(jī)）。其中，空壓機(jī)和增壓機(jī)由陜鼓設(shè)計(jì)制造，增速箱由臺(tái)朔設(shè)計(jì)制造，汽輪機(jī)（高壓凝汽式）由杭州汽輪機(jī)股份有限公司引進(jìn)德國西門子技術(shù)設(shè)計(jì)制造。

空壓機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)HNKS50／71／32；設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力8.9～9.6MPa（A）、正常工況進(jìn)汽壓力9.4MPa（A），排汽壓力0.012MPa（A）；設(shè)計(jì)進(jìn)汽溫度520～530℃、正常工況進(jìn)汽溫度525℃，排汽溫度50℃；轉(zhuǎn)速5130r／min（正常工況／額定工況），一階臨界轉(zhuǎn)速2700r／min；耗汽量88t／h，額定功率29987kW、正常工況功率25615kW。

2 汽輪機(jī)振值高聯(lián)鎖跳車事故簡(jiǎn)況

空分裝置空壓機(jī)組汽輪機(jī)于2019年6月28日停車進(jìn)行年度計(jì)劃檢修，主要進(jìn)行了軸承使用情況檢查、相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量、軸承接觸檢查、汽缸洼窩中心檢查與對(duì)中等，并于2019年7月5日重啟，機(jī)組運(yùn)行正常。2019年7月8日因熱電裝置2＃鍋爐外送蒸汽大閥閥體出現(xiàn)裂紋需緊急停車處理，當(dāng)日20：53空壓機(jī)組停車過程中，汽輪機(jī)進(jìn)、排汽側(cè)軸頸振值突然異常上漲，汽輪機(jī)振值高聯(lián)鎖跳車——ITCC顯示4個(gè)測(cè)點(diǎn)振值均漲至150μm、S1顯示約288μmpp（報(bào)警值為50μmpp，聯(lián)鎖值為75μmpp）。隨即，我們進(jìn)行了全面的原因分析及排查，當(dāng)機(jī)立斷對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行揭蓋大修，最終確定了引起機(jī)組跳車的原因，并進(jìn)行了處理，保證了機(jī)組的正常運(yùn)行。

3 原因分析與排查

引起汽輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的因素較多，如裝配、松動(dòng)、對(duì)中、汽流激振、偏心、摩擦、動(dòng)平衡及工藝等方面。據(jù)近年來對(duì)空壓機(jī)組汽輪機(jī)的檢修情況，不斷縮小誘因查找范圍，最后將分析與排查的重心集中到了以下幾個(gè)方面。

3.1 儀表探頭故障

現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)振探頭無松動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)測(cè)振探頭用萬用表進(jìn)行校驗(yàn)檢查，測(cè)振探頭狀況良好。因此，可排除儀表探頭故障這一因素。

3.2 聯(lián)軸節(jié)故障

通過前期中修及本次大修檢查，聯(lián)軸節(jié)、膜片、螺栓使用情況良好，并未發(fā)現(xiàn)異常，軸間距及膜片預(yù)拉伸量等數(shù)據(jù)合格。因此，可排除聯(lián)軸節(jié)故障這一因素。

3.3 潤滑油品質(zhì)

對(duì)2019年1—5月空壓機(jī)組汽輪機(jī)潤滑油（昆侖潤滑油L-TSA46）月度檢驗(yàn)報(bào)表進(jìn)行抽查，潤滑油的粘度、閃點(diǎn)、酸堿值、水分和機(jī)械雜質(zhì)含量均合格，并未發(fā)現(xiàn)異常。因此，可排除潤滑油品質(zhì)不良這一因素。

3.4 對(duì)中不良

由對(duì)中不良引起的特征頻率為2倍頻，查閱頻譜圖，并沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)的明顯特征。因此，可排除對(duì)中不良這一因素。

3.5 汽流激振

汽流激振典型的故障現(xiàn)象是其頻率以1／2倍頻分量為主，但在頻譜圖上并未出現(xiàn)1／2倍頻的分量成分。因此，可排除汽流激振這一因素。

3.6 軸承系統(tǒng)故障

軸承系統(tǒng)故障振動(dòng)原因較多，如支撐系統(tǒng)松動(dòng)、軸承間隙不符合要求、油膜渦動(dòng)等。經(jīng)仔細(xì)檢查，確認(rèn)軸承可傾瓦塊活動(dòng)靈活，瓦枕與軸承座接觸良好，裝配情況較好，軸承座未見異常，軸承間隙也符合設(shè)計(jì)要求（0.30～0.45mm）。因此，可排除軸承系統(tǒng)故障這一因素。

3.7 偏 心

檢修復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與前、后軸承座及轉(zhuǎn)子與前、后汽缸的同心度均與設(shè)計(jì)值不符：轉(zhuǎn)子比前軸承座中心高0.41mm，轉(zhuǎn)子比后軸承座中心高0.32mm；轉(zhuǎn)子比前汽缸中心高0.085mm，轉(zhuǎn)子比后汽缸中心高0.345mm。從復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)上看，懷疑轉(zhuǎn)子與前、后軸承座及轉(zhuǎn)子與前、后汽缸偏心可能是導(dǎo)致汽輪機(jī)振值偏高的原因之一。但將2019年6月停車中修時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與前、后軸承座及轉(zhuǎn)子與前、后汽缸的同心度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)與2019年7月聯(lián)鎖跳車時(shí)數(shù)據(jù)相差不大。因此，可排除偏心這一因素。

3.8 動(dòng)、靜部件摩擦

若汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)、靜部件碰磨，轉(zhuǎn)子1倍頻提純軸心軌跡圖上將會(huì)觀察到“反進(jìn)動(dòng)”現(xiàn)象。經(jīng)查，軸心軌跡圖顯示轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，為“反進(jìn)動(dòng)”；另外，在汽輪機(jī)手動(dòng)盤車時(shí)用聽針也聽到了機(jī)組內(nèi)部摩擦的聲音。因此，可判斷機(jī)組轉(zhuǎn)子的動(dòng)、靜部件摩擦是引起汽輪機(jī)振動(dòng)增大的主要原因之一。

汽輪機(jī)停車過程遵循“先降壓，再降速”的原則，經(jīng)查，機(jī)組降壓已完成、降速過程中才出現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸頸振值突然增大而跳車。由振幅公式A=F／k、F=F1＋F2＋F3（式中：A—振幅，F(xiàn)—力，k—?jiǎng)偠?，F(xiàn)1—轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)力，F(xiàn)2—?dú)鈩?dòng)力，F(xiàn)3—外力）可知，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)力F1、氣動(dòng)力F2、剛度k不變的情況下，只有在外力的作用下才會(huì)引起轉(zhuǎn)子軸頸振幅A增大，而這個(gè)外力很有可能就是摩擦力。

2019年7月10日，空壓機(jī)組汽輪機(jī)揭蓋大修發(fā)現(xiàn)：蒸汽室殼體及噴嘴沖刷嚴(yán)重，蒸汽室噴嘴由南至北編號(hào)為1?！?2＃，其中2＃、3＃、5＃、6＃噴嘴沖刷最為嚴(yán)重，1?！?＃噴嘴上部密封梳齒部位沖刷寬度約13mm、深度約10mm，4?！?＃噴嘴上部密封梳齒部位沖刷寬度約25mm、深度約12mm，6＃～8＃噴嘴上部密封梳齒部位沖刷寬度約10mm、深度約3mm，9＃噴嘴上部密封梳齒部位沖刷寬度約2mm、深度約1.5mm，10?！?1＃噴嘴上部密封梳齒部位沖刷寬度約12mm、深度約2.5mm，12＃噴嘴上部密封梳齒部位沖刷寬度約3mm、深度約2mm；一段、二段、三段導(dǎo)葉持環(huán)密封齒斷裂；轉(zhuǎn)子高壓級(jí)（1～5級(jí)）葉輪圍帶沖刷磨損、密封齒斷裂；入口濾網(wǎng)損壞嚴(yán)重，且在汽缸缸體內(nèi)發(fā)現(xiàn)較多焊渣、鐵絲、濾網(wǎng)殘?jiān)?。最終可以確認(rèn)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜部件摩擦是其軸頸振值增大而致機(jī)組聯(lián)鎖跳車的主要原因。

綜上所述，高壓蒸汽中外來異物（如焊渣、鐵絲、濾網(wǎng)殘?jiān)舸┤肟跒V網(wǎng)，濾網(wǎng)殘?jiān)M(jìn)入蒸汽室導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)、靜部件發(fā)生嚴(yán)重摩擦，是導(dǎo)致空壓機(jī)組汽輪機(jī)軸頸部位振值異常升高而聯(lián)鎖跳車的主要原因。

4 處理措施及效果

（1）更換新濾網(wǎng)，更換備用轉(zhuǎn)子。

（2）蒸汽室沒有事故備件且新備件制造周期較長(zhǎng)（約6個(gè)月），因生產(chǎn)任務(wù)較重，決定對(duì)蒸汽室（材質(zhì)ZG17Cr1Mo，其化學(xué)成分見表1、力學(xué)性能見表2）殼體沖刷嚴(yán)重部位予以焊接處理。雖然蒸汽室在焊接后的運(yùn)行過程中可能存在蒸汽沖刷焊接部位脫落的風(fēng)險(xiǎn)，但通過對(duì)蒸汽室用材進(jìn)行化學(xué)成分分析、力學(xué)性能綜合評(píng)估以及咨詢廠家后，認(rèn)為其風(fēng)險(xiǎn)可控，于是對(duì)蒸汽室沖刷嚴(yán)重部位打磨后使用PP-H13CrMoA焊絲氬弧焊打底、PP-R307焊條進(jìn)行補(bǔ)焊（PP-H13CrMoA焊絲和PP-R307焊條的化學(xué)成分見表1），打磨修復(fù)并著色檢查無缺陷后復(fù)位。PP-H13CrMoA是1.25%Cr-0.5%Mo珠光體耐熱鋼用鍍銅埋弧焊絲，焊接工藝性能優(yōu)良，電弧燃燒穩(wěn)定、脫渣容易，焊縫成型美觀，具有優(yōu)良的抗裂性能和較高的抗低溫沖擊性能；PP-R307焊條是低氫鈉型藥皮、含1.2%Cr-0.5%Mo的珠光體耐熱鋼焊條，采用直流反接，短弧操作，可進(jìn)行全位置焊接。

（3）對(duì)于噴嘴（材質(zhì)2Cr12MoV，其化學(xué)成分見表1、力學(xué)性能見表2）及輕微沖刷部位，因考慮到馬氏體不銹鋼在焊接過程中極易出現(xiàn)裂紋，因而不予焊接，只作打磨倒鈍處理。

表1 蒸汽室、噴嘴用材及焊絲（條）PP-H13CrMoA、PP-R307的化學(xué)成分表%

表2 蒸汽室、噴嘴用材力學(xué)性能

（4）一、二、三段導(dǎo)葉持環(huán)斷裂的密封齒予以清理。

（5）舊轉(zhuǎn)子外送返廠修復(fù)。

采取上述措施完成檢修后，空壓機(jī)組汽輪機(jī)于2019年7月15日進(jìn)行了試車，除輪室壓力偏高（設(shè)計(jì)值4.0MPa，實(shí)際值4.8MPa；檢修前運(yùn)行值5.0MPa）、機(jī)組能耗高、效率低外，各項(xiàng)參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求，S1顯示汽輪機(jī)進(jìn)、排汽側(cè)軸頸振值分別穩(wěn)定在13μmpp和25μmpp之內(nèi)（報(bào)警值50μmpp，聯(lián)鎖值75μmpp），運(yùn)行狀況較好。截至2020年6月中旬，空壓機(jī)組汽輪機(jī)已連續(xù)運(yùn)行約330d，機(jī)組運(yùn)行比較平穩(wěn)。

5 遺留問題及改進(jìn)建議

蒸汽室、一段導(dǎo)葉持環(huán)因沒有事故備件未更換，尤其是蒸汽室補(bǔ)焊部位可能存在沖刷脫落的風(fēng)險(xiǎn)，已計(jì)劃在空分裝置大修時(shí)予以徹底處理。

總結(jié)本次事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，前系統(tǒng)高壓蒸汽管網(wǎng)、閥門等檢修后，一定要進(jìn)行吹掃、打靶，形成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序，吹掃、打靶合格后方可進(jìn)行蒸汽外送。另外，空壓機(jī)組汽輪機(jī)入口蒸汽濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，該濾網(wǎng)為整圈纏繞型濾網(wǎng)，任何一圈出現(xiàn)裂紋或有其他缺陷，勢(shì)必會(huì)造成整個(gè)濾網(wǎng)散架而引發(fā)事故，建議改進(jìn)濾網(wǎng)型式（已與杭州汽輪機(jī)股份有限公司進(jìn)行了協(xié)商，以后考慮改型），以延長(zhǎng)濾網(wǎng)的使用壽命；在濾網(wǎng)改進(jìn)之前，每年須對(duì)空壓機(jī)組汽輪機(jī)入口蒸汽濾網(wǎng)情況進(jìn)行全面檢查（如裂紋情況、濾筒螺栓點(diǎn)焊部位情況等），并著色探傷合格后方可使用。