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管道柔性设计对气压缩机汽轮机的影响

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摘要:空气压缩机的汽轮机在运行过程中出现异常,大多情况下表现形式为轴的不正常振动。本文以某大型化肥厂的合成压缩机汽轮机在试车中发生振动异常情况为例,经过受力分析以及汽轮机允许受力校核,通过研究,我们发现计算机出现异常振动主要是由于在蒸汽管道入口位置拉动钢铁导致的。为能够实现柔性设计进而使蒸汽管道产生的作用力与力矩较大,不符合设计规范要求而引起异常振动,工作人员和有关专家进行管道分段分析,将活动支架经优化后改为固定支架,并进一步改变支架位置,使用限位支架等措施进一步降低,由于蒸汽管道膨胀导致的作用力和力矩对汽轮机产生的不利影响,消除产生的异常振动,经过实验检测能够为汽轮机异常振动故障提供重要的参考。

关键词:管道柔性设计;合成气压缩机汽轮机;振动;影响

汽轮机作为空气压缩机的核心组成部分,异常振动不仅会给整个汽轮机组带来安全隐患,同时极大程度上降低了空气压缩机正常运行时间[1]。要想有效的解决这一问题,需对整个汽轮机组的主要零部件、工作原理以及易产出异常振动的位置进一步深入了解并熟悉,然后,逐一排查振动源[2]。

1汽轮机有关情况

对于某厂汽轮机来说属于高压周期冷凝式蒸汽机,存在多级离心泵驱动的压缩机,该机组用于化肥中氮装置,能够为氨合成塔提供必要氢气、氮气。汽轮机型号为5EH-7BD,功率为21228KW,转速为11110r/min。进汽压力为(A)10.8Mpa,进汽温度为510℃,抽汽压力为(A)4.36Mpa,抽汽温度为398℃,排汽压力为(A)0.0137Mpa,排汽温度为52℃。汽轮机每小时的耗汽量为265t,每小时的抽汽量为228.3t。汽轮机轴振动报警38um,跳车57um。汽轮机径向监测主要是利用汽轮机两侧轴的涡流式位移传感器,能够对汽轮机在运转过程中的速度,转向进行有效测量。

2该汽轮机在试车中的振动情况

在完成机组安装调试之后需要对气压缩机汽轮机进行检测,在测试过程中应当严格按照有关规定,在升速曲线中使机组正常运行一小时,将转速提高至每小时11,600转之后处于恒速运行状态。运行一会后,突然汽轮机发生异常振动,并且安装在汽轮发电机两侧的4个探头,其振动值在大幅提升,汽轮机的一端振动幅度达到58微米,另一端为46微米,此时振动异常现象消失,然而当汽轮机保持匀速运行一小时之后,又会产生异常剧烈振动,并且在汽轮机两端其振动幅度分别达到了64微米和68微米,而计算机连锁振动设计值为57微米,因此计算机为首次试车,可能会存在连锁故障问题,因此没有发生跳车事件,最终通过人工手动的方式完成停车。

3汽轮机振动原因分析

针对该机组的运行状况,相关技术人员和汽轮机设计厂家沟通后均认为出现异常振动主要是由于汽轮机的零部件与活动部件出现碰撞导致的,而导致这些部件碰撞主要是由于以下两点:一是,可能汽轮机本身的保温不好,膨胀不均匀。二是由于汽轮机在外力作用下,卸体被抬起。

3.1做好汽轮机的保温工作,查找异常症状原因

如果汽轮机在运行过程中保温不均匀则会使其在正常运行中钢铁上下存在较大温差,膨胀度和变形程度不统一,进而会使汽轮机部分零部件出现碰撞,根据汽轮机不同部件存在的间隙,我们认为在转子轴和轴封书齿密封环之间,这种碰撞是最先发生的。对于某化肥厂来说,由于汽轮机在运行中出现异常振动,停机之后对其保温情况进行优化,首先适当加强较弱的保温区域,同时在原保温前提下增加保温毯,能够重新较准。该机组连锁装置完成上述工作之后,再次开展试车当汽轮机,暖机转速可达到每分钟1000转时,使其恒速保持15分钟,此时汽轮机又出现异常振动,并且汽轮机两侧振动幅度达到69微米和60微米,由于出现振动汽轮机表现为联锁跳车,基于这种情况下排除由于保温不良而导致汽轮机异常振动的问题。

3.2缸体被抬高导致出现异常振动

一般来说,汽轮机无论在正常启动,还是运行当中都应保证汽缸的自由膨胀,应将猫爪至至于自由活动状态中,并且确保气缸中心稳定性,一旦超出额定范围作用力和力矩,当其作用于气缸上会使气缸在移动过程中约气缸螺旋垫圈间隙不统一,猫爪又被顶死,这种状况下,极有可能使汽轮机动、静部件相互碰撞,导致汽轮机异常振动。工作人员通过研究分析,再次进行汽轮机启动,为避免钢铁上下由于受热不均导致异常振动,在汽轮机启动过程中尽量降低转速,将其速度控制在每分钟600转,同时将短期时间由一小时延长为一个半小时,在汽轮机处于正常运行情况下对其机体铁膨胀系数以及猫爪运行情况进行实时监督,当汽轮机转速为每分钟11600转时,保持恒速37分钟,此时汽轮机又产生剧烈振动,并且汽轮机两端振动幅值为82微米,76微米,之后出现联锁跳车。通过上述分析我们找到了性能机异常振动的原因主要是由于气缸由于蒸汽管道外矩作用力而导致异常振动,表明汽轮机蒸汽管道在柔性设计上还需要进一步改进。

4减振方法及运行效果

(1)减少管口推力的理论方法。首先,应增加管道的柔性通常管道刚性较大,如果设计柔性不足会从一定程度上导致汽轮机管口的推力较大,因此可适当增加管道柔性法的方式进行解决,在布置管道时应当使其达到管道热胀冷缩过程中的自补偿效应,通常管道布置有两种方法:首先在远离端点集合中心进行管系布置,确保布置管系能够远离端点中心,这种情况下柔性是比较好的。其次可以适当增加管系的弯管数,两种方法均可以有效降低汽轮机管口的推力。此外管道冷紧导致管道冷紧时提前切去管道一段,或加长一段后再安装时,将其强拉就位,由于施加冷紧之后会导致法兰不对等,此外合理进行支吊架配置自选型,选择合适的支吊架方式,并且在管系位置加装吊架,用该方法能够限定管系和力矩的分布情况,进而有效降低汽轮机端口的推力。(2)运行效果。在上述降低管口推力措施后,重新启动汽轮机,在试车时我们发现应当确保猫爪处于自由活动状态,观察蒸汽管道热膨胀时的指数以及汽缸膨胀显示受热均匀,而且试车中未出现跳车现象,也未发生异常振动,进一步说明蒸汽管道对气缸过大推力已经基本消失,能够确保汽轮机转速处于一定范围,结试车果较为理想。

5小结

汽轮机在运行中出现异常振动是相对复杂的故障问题,导致出现振动原因较多,因此在振动源排查过程中需要结合实际情况,对于可能导致的振动原因进行逐一排查,直到找到根源为止,有效消除异常振动。

参考文献

[1]顾比伦,郑学鹏.汽轮机管道的柔性设计[J].炼油技术与工程(7):35-38.

[2]张锡德,戴广来,邵士铭,etal.管道柔性设计对合成气压缩机汽轮机振动的影响[J].化工设备与管道,2013(02):67-71.

作者:张元龙 李迎风 单位:青海东台吉乃尔锂资源股份有限公司

管道柔性设计对气压缩机汽轮机的影响责任编辑:张雨    阅读:人次
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