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            不對中類案例:某廠催化主風機不對中故障分析

            1、設備概述

            主風機的作用在催化裂化裝置中十分重要,它是催化裂化裝置的心臟設備,必須連續運轉,主風機停止運轉,催化裂化裝置也就停止生產。從工藝角度而言,它的作用主要有:

            (1)提供燒焦所需的氧氣 催化原料油經加熱噴入提升管底部與高溫(650~700℃)催化劑相遇,進行裂化反應,催化劑表面結焦而失去活性。想要恢復活性,需通入空氣燒焦,即發生放熱反應,經過燒焦后的催化劑(即再生催化劑),通過再生斜管流到提升管底部,再與催化原料油反應。在燒焦過程中,每燒lkg焦,需要8~13nm3的空氣,因此,催化裂化裝置所需的風量較大。

             (2)保證再生器、燒焦罐內的催化劑處于流化狀態 空氣經過過濾器,被吸到主風機內,經過葉輪的高速旋轉,并逐級增壓到0.4Mpa左右,將被壓縮的空氣送至再生器的底部。在再生器底部裝有分布管,經分布管可使再生器底部的橫斷面上產生一層均勻分布的空氣流由下向上吹。該空氣流與結了焦的熱催化劑流接觸燒焦放出大量的熱量??諝獬藷棺饔猛?,還使催化劑處于流態化,只有流態化才能使催化劑更好地燒焦,保持正常流動。

            催化裂化主風機一般由電機、變速箱、軸流式主風機和煙氣輪機組成。開機時由煙機沖轉主風機組,待轉速達到90%額定轉速時投用電機,將機組帶到正常操作轉速。正常運行時,主要由煙機帶動主風機,電機起制動作用,機組超速時電機跳閘使機組停機。

            圖1 機組總貌圖

             

            2、故障現象

            自2019年4月初,齒輪箱高速軸振動出現持續緩慢上漲的現象,特別是與軸流風機相聯的一端,兩通道幅值上漲較為明顯,且在振動上漲過程中還伴隨頻繁波動的現象。振值上漲的速率大致為1個月漲10μm左右,至7月初停機檢修時,振動幅值最高達50μm,接近齒輪箱高速軸的軸振動報警門限。而在此期間,齒輪箱低速軸振動相對比較平穩,幅值變化不大。

            圖2 齒輪箱高速軸振動趨勢

            圖3 齒輪箱低速軸振動趨勢

            3、故障分析

            對于齒輪箱設備,其結構比較簡單,大多數情況下機組運行時振動趨勢會比較平穩??赡軙е抡駝映霈F持續上漲現象的原因主要包括以下幾種可能:

            (1)支撐軸承磨損,導致軸承間隙偏大,支撐剛度不足。

            當軸承出現較為嚴重磨損時,一般會出現振動傳感器的GAP電壓(絕對值)持續變大的現象。通過查看和比對GAP電壓值和趨勢變化,從機組檢修后至出現振動上漲時,齒輪箱高、低速軸各通道的GAP電壓值未發生明顯改變,見圖4,故評估齒輪箱各支撐軸承未發生瓦塊磨損的問題,振動緩慢上漲非軸承磨損所致。

            圖4 齒輪箱高速GAP電壓趨勢圖

            (2)由于輪齒損傷、折斷等原因導致的齒輪嚙合不良。齒輪箱在機組所起的作用主要是變轉速和傳遞扭矩,對于主風機組其轉速一般比較恒定,負荷變化也不大,而且隨著制造水平的提高,很少發生齒輪損傷的故障。從齒輪箱低速軸和高速軸各振動通道的波形圖上(圖5、圖6)看,波形接近正弦波的形態,重復性良好,沒有周期性沖擊信號出現,故可排除齒輪損傷方面的因素。

            圖5齒輪箱低速軸、高速軸波形頻譜圖

            (3)軸系不平衡方面因素導致振動持續上漲

            齒輪箱轉子軸一般為剛性軸,若機組出廠前動平衡良好的話,在后續運行過程中很少出現不平衡的問題。但如果與之相聯接的聯軸器存在安裝問題或者是膜片開裂、損傷等現象時,就會表現出漸變不平衡的故障特征。

            從高速軸各通道的分頻趨勢上看,振動出現持續上漲波動主要是由于1X幅值變化引起的,并且在此期間,1X相位角度也出現了同步變化的現象,在同一時間段內,與齒輪箱高速軸相聯的軸流風機其1X幅值出現了緩慢下降的趨勢,從上述現象上,評估轉子軸系的平衡性確實發生了改變。

            圖6 齒輪箱高速軸1X幅值趨勢圖

            圖7 齒輪箱高速軸1X相位趨勢圖

            圖8 壓縮機1X幅值趨勢圖

            進一步查看軸流風機各通道的波形頻譜圖,發現與齒輪箱相聯的兩個通道內2X幅值較高,甚至超過了1X成分。而齒輪箱高速軸與軸流風機相聯的兩端軸心軌跡圖中,其軸心軌跡形態分別呈“香蕉型”和“8字形”。從這些圖譜判斷,機組間存在對中不良的現象。

            圖9 壓縮機波形頻譜圖

            圖10 齒輪箱高速軸軸心軌跡圖

            圖11壓縮機與齒輪箱聯端軸心軌跡圖

            診斷結論:

            因齒輪箱高速軸與軸流風機間存在對中不良方面的問題,聯軸器膜片長期在扭轉的轉態下工作,導致膜片出現了變形、損傷等現象,出現了軸系不平衡的故障特征,導致齒輪箱高速軸振動出現持續上漲的現象。

             

            4、故障驗證&處理

            機組運行至2019年7月初機組檢修周期時停車,檢查發現齒輪箱高速軸與軸流風機間的聯軸器膜片出現了明顯的疲勞損傷斷裂的情況,復查機組間的對中情況,與設計給出的數值相差很大,由此驗證診斷結論準確!

            圖12 聯軸器拆解照片

             

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