蒸汽透平常见故障分析与应对

倪生光

中国石油大连石化分公司,辽宁省大连市116000

摘要：公司140万吨/年催化裂化装置，主风机组油站所用主油泵由蒸汽透平驱动。透平运行过程中，曾出现过超速跳闸、轴封漏汽及振动升高等异常情况。为装置的安全平稳长周期运行，带来了很多不确定因素。本文通过对各类异常情况的原因分析，归纳总结出了透平在实际应用过程中需要关注的重点部位，并在日常管理使用和维修过程当中进行解决，设备运行状况得到大幅改善，为关键机组的长周期运行提供了有效保障。

关键词：蒸汽透平；密封泄漏；振动升高；超速跳闸

140万吨/年重油催化装置主风机组，为烟机、主风机、汽轮机、电动发电机四机组。正常运行时主风机与汽轮机用动力油以及四机组用润滑油均来自一台油泵。主油泵形式为螺杆泵，系统润滑油循环量为900 L/min。主油泵原动机为德莱塞兰蒸汽透平，备用油泵及应急油泵原动机均为电机。

1结构及参数

润滑油泵原动机蒸汽透平型号为RLA-23E，入口压力在0.9~1.0 MPa之间，入口温度 230~260 ℃，出口压力在0～0.25MPa之间，透平转速在1250~1450r/min之间，蒸汽用量约为1.5吨/小时。调速机构使用伍德沃德公司生产的机械式调速器。应用蒸汽透平的优点为蒸汽管网相对电网稳定性高，透平适用范围广，蒸汽经济性高[1]。

图1 蒸汽透平结构图

2故障及维修情况

蒸汽透平自2020年检修以来，运行情况总体良好，但2021年之后陆续出现了振动升高、轴封漏汽及超速跳闸等问题。给装置平稳生产带来挑战。

2.1透平振动升高

2.1.1故障现象

2023年6月10日，巡检人员发现透平驱动端加速度由20m/s²升至38m/s²，水平振动速度由1mm/s以下升至4.3mm/s。非驱动端加速度由18m/s²小幅升至22m/s²，水平振动速度由1mm/s以下升至2.9mm/s。监护运行2小时振动参数未继续上涨。经多方共同分析，判断为驱动端轴承早期故障。特护运行至12日，切换至辅油泵运行，更换透平轴承。

2.1.2原因分析

透平所用轴承型号为6312。振动变化前后，工作转速保持在在1420~1425r/min区间。

图2 透平两侧加速度共振解调图谱

表1 轴承固有特征频率

轴承型号				转速（r/min）
驱动端		非驱动端		1425（主频23.75HZ）
6312/6312
轴承部位	保持架	滚动体	外环	内环
6312轴承故障频率（倍频）	0.383	2.02	3.064	4.936
计算后对应频率（Hz）	9.096	47.975	72.77	117.23

表2 共振解调后图谱中峰值频率

联轴器端共振解调图谱峰值	46.88	887.5	1775	2659
非联轴器共振解调图谱峰值	21.88	46.88	81.25	321.88

共振解调图谱中均含有46.88Hz，与6312轴承滚动体故障频率（47.975Hz）近似，怀疑滚动体故障。

透平停运后，现场冷热态对中检查均未超标。拆卸非驱动侧轴承，未发现异常。拆卸驱动端轴承箱检查，轴径、轴承箱内孔均无明显异常，排除轴承跑套可能。驱动端轴承拆卸后转动无卡涩。剖分解体后，发现轴承内圈滚道有磨损痕迹，外圈滚道中有半圈长度压痕，滚动体表面发暗[2]。

在使用轴承拉马拆卸驱动端轴承时，发现驱动端轴承内圈受力较大，检查轴承及轴的配合与尺寸无问题。同时发现轴承箱内有少量铜屑、及软质杂物。

分析为轴承安装时轴承加热程度不够，内圈与轴径强力安装导致存在初始受力不均。同时新维修的设备运行过程中，轴封填料及甩油环磨损杂质随润滑油甩动进入轴承滚道，导致滚动体、内外圈等不同程度异常磨损，最终表现为振动、加速度快速上涨，轴承寿命降低。

2.1.3故障处理

回装过程中充分加热轴承，使其自由进入安装位置，同时彻底清理轴承箱内杂质。运行过程中调高补充油杯位置，运行期间加强润滑油冲洗置换。

2.2轴封漏汽超速跳闸

2.2.1故障现象

透平2022年2月进行大修，前期运行情况比较稳定，至12月中旬，透平轴封漏汽量突然变大，蒸汽进入两端轴承箱，润滑油乳化变质，在线置换润滑油风险较大。

1月27日，由于市电晃电，公司多套装置紧急停工，1.0MPa蒸汽管网压力大幅度下降。班组应急调整，关闭1.0MPa蒸汽出界区阀，由于调整速度过快，透平入口蒸汽压力由0.74MPa快速升至1.1MPa。随后透平转速由1450r/min升至1750r/min，机械超速跳闸停泵，控制油压、润滑油压突然同时快速降低，触发停机联锁。

2.2.2原因分析

1）小透平入口蒸汽来自1.0MPa管网，出口并管网至热力站常压水罐。原有开机方式为出口阀勒量控制，透平出口压力保持在0.2~0.25MPa。弊端为靠出口阀门截流，调速汽门开度过大，所以入口蒸汽压力快速升高后，汽门无法进行有效调节。

2）且透平出口憋压后轴封处压力过高，冲刷作用下微量泄漏可快速转变为大量泄漏。

3）透平解体检查，调速器部分未见异常。发现轴上位于碳精环密封配合部位磨损量较小，但粗糙度过大，导致填料磨损速度较快。

图3 透平转子维修前状况

2.2.3故障处理

1）本次透平调试阶段，全开透平出入口阀，有效设定调速器零点，依靠调速器控制汽门开度，稳定透平转速。

2）同时出口阀全开后，透平出口背压降低至0.04MPa，大幅度降低了轴封负荷。

3）透平转子磨圆后整根镀铬修复至原尺寸，确保密封安装部位的配合精度。

3结语

蒸汽透平驱动的主风机组油泵，作为催化裂化装置核心设备的心脏，其正常稳定运转是装置长周期运行不可或缺的关键因素。目前，设备检修后已运行数月，状态稳定正常，再未出现轴封漏汽、振动上升转速不稳定等异常状况。通过对蒸汽透平故障的分析处理，技术人员积累了设备管用修的系列经验。亦为同类设备的使用和维护带来实际参考[3]。

参考文献

[1].王辉等,离心压缩机驱动透平调速器调节原理及故障分析.中国设备工程,2004(03):第35-36页.

[2].王从宅等,TRT透平机常见振动问题与排除.设备管理与维修,2020(12):第76-77页.

[3].赵信刚等,硫酸装置主风机蒸汽透平故障及维修.硫酸工业,2014(02):第32-35页.