5EH-6BD汽轮机轴振动故障分析与处理
周献民1，王邦旭2
(1. 湖南省特种设备检验检测研究院，湖南 长沙410117；2.中海石油建滔化工有限公司，海南 东方572600)
［摘要］针对合成气压缩机的驱动汽轮机5EH-6BD轴振动异常的现象，对引起汽轮机轴振动故障的可能原因（负荷变化、转速波动、轴振动监测仪表故障、轴系对中不良、油膜振荡等）进行分析与排查，并结合汽轮机的安装和运行历史记录，最终推断此次汽轮机轴振动异常的原因是转子不平衡，经拆检证实了该推断，为及时、准确处理故障提供了理论指导。
［关键词］ 汽轮机；轴振动；故障分析；处理措施
［中图分类号］ TK 263.6+1 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）
1 概 述
汽轮机属高速回转设备，在正常运行中均存在不同程度和方向的振动，其振值的大小在很大程度上表征汽轮机运行状态的稳定与否。通常有一定程度的振动是不可避免的，尤其是转子通过临界转速区域时，振动还会加剧。转子运行中可以在允许范围内振动，但如果超过允许范围，则表明汽轮机发生了故障。汽轮机运行的可靠性在很大程度上取决于汽轮机的振动状况，即汽轮机振动是评价其运行状况的重要参数之一［1］。
中海石油化学股份有限公司450 kt/a合成氨装置合成气压缩机驱动汽轮机103JT由日本三菱公司设计并制造，为单缸、抽汽冷凝式汽轮机，型号为5EH-6BD，主要设计参数如下：
设计转速13 508 r/min；
正常转速13 412 r/min；
最大连续转速14 183 r/min；
调速范围9 456～14 183 r/min；
第一临界转速5 100 r/min；
正常功率13 208 kW；
蒸汽流量197 068 kg/h；
进汽压力11.87 MPa；
进汽温度505 ℃；
抽汽压力4.6 MPa；
抽汽温度382 ℃；
排汽压力90 mmHg（A）；
排汽温度49.4 ℃。
2 故障现象
合成气压缩机驱动汽轮机5EH-6BD安装有轴振动探头、轴位移探头和轴承温度探头，并设定报警值和联锁停机值，以便在5EH-6BD运行期间监视其轴振动、轴位移和轴承温度情况，从而了解其运行状态。5EH-6BD于2002年8月投用，一直运行比较平稳。2013年3月9日5EH-6BD进汽端轴振值从13 μm突然涨至376 μm，排汽端轴振值从16 μm突然涨至493 μm。5EH-6BD轴振动报警值为50 μm，联锁停机值为70 μm，汽轮机两端4只轴振动探头振值均超出联锁停机值，汽轮机联锁停机。我们意识到汽轮机发生了故障，需立即查找原因。
3 故障原因排查
3.1 负荷变化
5EH-6BD的负荷主要由合成气压缩机流量和进出口压力决定。5EH-6BD轴振动探头VT-2506测量值升高期间，合成气压缩机流量、入口压力和出口压力一直比较稳定，故可以排除5EH-6BD负荷变化引起转子轴振动增大的可能。
3.2 转速波动
如果5EH-6BD转速波动，可能会引起轴振动增大。由5EH-6BD转速趋势图可以看出，5EH-6BD轴振动探头VT-2506测量值突然升高期间，5EH-6BD转速一直稳定在12 700 r/min左右，故可以排除5EH-6BD转速波动引起转子轴振动增大的可能。
3.3 轴振动监测仪表故障引起误测量
5EH-6BD轴振动通过振动探头和振动变送器进行振动检测和振动信号转换，振动探头损坏或接线松动会造成振动探头检测错误，振动变送器失效会导致振动信号转换错误［2］。
5EH-6BD排汽端安装2只轴振动探头，位号分别为VT-2506和VT-2507，VT-2506测量值升高的同时，排汽端轴振动探头VT-2507和进汽端2只探头VT-2504与VT-2505测量值也在升高，且4只轴振动探头测量值变化趋势类似。而4条轴振动测量通道同时出现相同故障的概率很小，故可以排除5EH-6BD轴振动监测仪表故障引起轴振值误测量的可能。
3.4 轴系对中不良
5EH.6BD进汽端与合成气压缩机高压缸通过联轴器连接，排汽端与合成气压缩机低压缸通过联轴器连接，如果5EH-6BD与合成气压缩机轴系对中不良，会引起轴振动增大。轴系对中不良的特征频率是2倍频，常伴频率是工频和高次谐波，当轴系对中不良时，2倍频值必将增大，同时工频和高次谐波也有所增大［3］。由汽轮机排汽端轴振动频谱图（图1）可看出，5EH-6BD轴振动增大主要由工频引起，2倍频和高次谐波所占比例较小，故可以排除5EH-6BD轴系对中不良引起轴振动增大的可能。
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