管道柔性設(shè)計對氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)的影響范文

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摘要：空氣壓縮機(jī)的汽輪機(jī)在運行過程中出現(xiàn)異常，大多情況下表現(xiàn)形式為軸的不正常振動。本文以某大型化肥廠的合成壓縮機(jī)汽輪機(jī)在試車中發(fā)生振動異常情況為例，經(jīng)過受力分析以及汽輪機(jī)允許受力校核，通過研究，我們發(fā)現(xiàn)計算機(jī)出現(xiàn)異常振動主要是由于在蒸汽管道入口位置拉動鋼鐵導(dǎo)致的。為能夠?qū)崿F(xiàn)柔性設(shè)計進(jìn)而使蒸汽管道產(chǎn)生的作用力與力矩較大，不符合設(shè)計規(guī)范要求而引起異常振動，工作人員和有關(guān)專家進(jìn)行管道分段分析，將活動支架經(jīng)優(yōu)化后改為固定支架，并進(jìn)一步改變支架位置，使用限位支架等措施進(jìn)一步降低，由于蒸汽管道膨脹導(dǎo)致的作用力和力矩對汽輪機(jī)產(chǎn)生的不利影響，消除產(chǎn)生的異常振動，經(jīng)過實驗檢測能夠為汽輪機(jī)異常振動故障提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：管道柔性設(shè)計；合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)；振動；影響

汽輪機(jī)作為空氣壓縮機(jī)的核心組成部分，異常振動不僅會給整個汽輪機(jī)組帶來安全隱患，同時極大程度上降低了空氣壓縮機(jī)正常運行時間[1]。要想有效的解決這一問題，需對整個汽輪機(jī)組的主要零部件、工作原理以及易產(chǎn)出異常振動的位置進(jìn)一步深入了解并熟悉，然后，逐一排查振動源[2]。

1汽輪機(jī)有關(guān)情況

對于某廠汽輪機(jī)來說屬于高壓周期冷凝式蒸汽機(jī)，存在多級離心泵驅(qū)動的壓縮機(jī)，該機(jī)組用于化肥中氮裝置，能夠為氨合成塔提供必要氫氣、氮氣。汽輪機(jī)型號為5EH-7BD，功率為21228KW，轉(zhuǎn)速為11110r/min。進(jìn)汽壓力為（A）10．8Mpa，進(jìn)汽溫度為510℃，抽汽壓力為（A）4．36Mpa，抽汽溫度為398℃，排汽壓力為（A）0．0137Mpa，排汽溫度為52℃。汽輪機(jī)每小時的耗汽量為265t，每小時的抽汽量為228.3t。汽輪機(jī)軸振動報警38um，跳車57um。汽輪機(jī)徑向監(jiān)測主要是利用汽輪機(jī)兩側(cè)軸的渦流式位移傳感器，能夠?qū)ζ啓C(jī)在運轉(zhuǎn)過程中的速度，轉(zhuǎn)向進(jìn)行有效測量。

2該汽輪機(jī)在試車中的振動情況

在完成機(jī)組安裝調(diào)試之后需要對氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)行檢測，在測試過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定，在升速曲線中使機(jī)組正常運行一小時，將轉(zhuǎn)速提高至每小時11,600轉(zhuǎn)之后處于恒速運行狀態(tài)。運行一會后，突然汽輪機(jī)發(fā)生異常振動，并且安裝在汽輪發(fā)電機(jī)兩側(cè)的4個探頭，其振動值在大幅提升，汽輪機(jī)的一端振動幅度達(dá)到58微米，另一端為46微米，此時振動異常現(xiàn)象消失，然而當(dāng)汽輪機(jī)保持勻速運行一小時之后，又會產(chǎn)生異常劇烈振動，并且在汽輪機(jī)兩端其振動幅度分別達(dá)到了64微米和68微米，而計算機(jī)連鎖振動設(shè)計值為57微米，因此計算機(jī)為首次試車，可能會存在連鎖故障問題，因此沒有發(fā)生跳車事件，最終通過人工手動的方式完成停車。

3汽輪機(jī)振動原因分析

針對該機(jī)組的運行狀況，相關(guān)技術(shù)人員和汽輪機(jī)設(shè)計廠家溝通后均認(rèn)為出現(xiàn)異常振動主要是由于汽輪機(jī)的零部件與活動部件出現(xiàn)碰撞導(dǎo)致的，而導(dǎo)致這些部件碰撞主要是由于以下兩點：一是，可能汽輪機(jī)本身的保溫不好，膨脹不均勻。二是由于汽輪機(jī)在外力作用下，卸體被抬起。

3.1做好汽輪機(jī)的保溫工作，查找異常癥狀原因

如果汽輪機(jī)在運行過程中保溫不均勻則會使其在正常運行中鋼鐵上下存在較大溫差，膨脹度和變形程度不統(tǒng)一，進(jìn)而會使汽輪機(jī)部分零部件出現(xiàn)碰撞，根據(jù)汽輪機(jī)不同部件存在的間隙，我們認(rèn)為在轉(zhuǎn)子軸和軸封書齒密封環(huán)之間，這種碰撞是最先發(fā)生的。對于某化肥廠來說，由于汽輪機(jī)在運行中出現(xiàn)異常振動，停機(jī)之后對其保溫情況進(jìn)行優(yōu)化，首先適當(dāng)加強(qiáng)較弱的保溫區(qū)域，同時在原保溫前提下增加保溫毯，能夠重新較準(zhǔn)。該機(jī)組連鎖裝置完成上述工作之后，再次開展試車當(dāng)汽輪機(jī)，暖機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)到每分鐘1000轉(zhuǎn)時，使其恒速保持15分鐘，此時汽輪機(jī)又出現(xiàn)異常振動，并且汽輪機(jī)兩側(cè)振動幅度達(dá)到69微米和60微米，由于出現(xiàn)振動汽輪機(jī)表現(xiàn)為聯(lián)鎖跳車，基于這種情況下排除由于保溫不良而導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動的問題。

3.2缸體被抬高導(dǎo)致出現(xiàn)異常振動

一般來說，汽輪機(jī)無論在正常啟動，還是運行當(dāng)中都應(yīng)保證汽缸的自由膨脹，應(yīng)將貓爪至至于自由活動狀態(tài)中，并且確保氣缸中心穩(wěn)定性，一旦超出額定范圍作用力和力矩，當(dāng)其作用于氣缸上會使氣缸在移動過程中約氣缸螺旋墊圈間隙不統(tǒng)一，貓爪又被頂死，這種狀況下，極有可能使汽輪機(jī)動、靜部件相互碰撞，導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動。工作人員通過研究分析，再次進(jìn)行汽輪機(jī)啟動，為避免鋼鐵上下由于受熱不均導(dǎo)致異常振動，在汽輪機(jī)啟動過程中盡量降低轉(zhuǎn)速，將其速度控制在每分鐘600轉(zhuǎn)，同時將短期時間由一小時延長為一個半小時，在汽輪機(jī)處于正常運行情況下對其機(jī)體鐵膨脹系數(shù)以及貓爪運行情況進(jìn)行實時監(jiān)督，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘11600轉(zhuǎn)時，保持恒速37分鐘，此時汽輪機(jī)又產(chǎn)生劇烈振動，并且汽輪機(jī)兩端振動幅值為82微米，76微米，之后出現(xiàn)聯(lián)鎖跳車。通過上述分析我們找到了性能機(jī)異常振動的原因主要是由于氣缸由于蒸汽管道外矩作用力而導(dǎo)致異常振動，表明汽輪機(jī)蒸汽管道在柔性設(shè)計上還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

4減振方法及運行效果

（1）減少管口推力的理論方法。首先，應(yīng)增加管道的柔性通常管道剛性較大，如果設(shè)計柔性不足會從一定程度上導(dǎo)致汽輪機(jī)管口的推力較大，因此可適當(dāng)增加管道柔性法的方式進(jìn)行解決，在布置管道時應(yīng)當(dāng)使其達(dá)到管道熱脹冷縮過程中的自補(bǔ)償效應(yīng)，通常管道布置有兩種方法：首先在遠(yuǎn)離端點集合中心進(jìn)行管系布置，確保布置管系能夠遠(yuǎn)離端點中心，這種情況下柔性是比較好的。其次可以適當(dāng)增加管系的彎管數(shù)，兩種方法均可以有效降低汽輪機(jī)管口的推力。此外管道冷緊導(dǎo)致管道冷緊時提前切去管道一段，或加長一段后再安裝時，將其強(qiáng)拉就位，由于施加冷緊之后會導(dǎo)致法蘭不對等，此外合理進(jìn)行支吊架配置自選型，選擇合適的支吊架方式，并且在管系位置加裝吊架，用該方法能夠限定管系和力矩的分布情況，進(jìn)而有效降低汽輪機(jī)端口的推力。（2）運行效果。在上述降低管口推力措施后，重新啟動汽輪機(jī)，在試車時我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)確保貓爪處于自由活動狀態(tài)，觀察蒸汽管道熱膨脹時的指數(shù)以及汽缸膨脹顯示受熱均勻，而且試車中未出現(xiàn)跳車現(xiàn)象，也未發(fā)生異常振動，進(jìn)一步說明蒸汽管道對氣缸過大推力已經(jīng)基本消失，能夠確保汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速處于一定范圍，結(jié)試車果較為理想。

5小結(jié)

汽輪機(jī)在運行中出現(xiàn)異常振動是相對復(fù)雜的故障問題，導(dǎo)致出現(xiàn)振動原因較多，因此在振動源排查過程中需要結(jié)合實際情況，對于可能導(dǎo)致的振動原因進(jìn)行逐一排查，直到找到根源為止，有效消除異常振動。

參考文獻(xiàn)

[1]顧比倫,鄭學(xué)鵬.汽輪機(jī)管道的柔性設(shè)計[J].煉油技術(shù)與工程(7):35-38.

[2]張錫德,戴廣來,邵士銘,etal.管道柔性設(shè)計對合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)振動的影響[J].化工設(shè)備與管道,2013(02):67-71.

作者：張元龍 李迎風(fēng) 單位：青海東臺吉乃爾鋰資源股份有限公司