提高背压式汽轮机效率的方式及相应故障解析

(中海油惠州石化有限公司, 广东 惠州 516082)

摘 要：随着国家经济水平的持续改善，科技地发展取得了很大的进步。人民群众生活水平提高的同时，也在极大程度上促进了化工企业地飞速发展，给化工企业的发展制定了更高的目标要求。在化工企业的发展中，背压式汽轮机起着举足轻重的作用，对化工企业的生产有着重要的影响，但是背压式汽轮机在实际的运行中经常会受到不同因素的影响，从而出现一定程度的故障，严重影响了背压式汽轮机的生产效率。在此基础上，此文章主要针对背压式汽轮机运行中出现的故障进行解析，同时对设备的效率改造进行一定的分析和探讨，以此提升设备的运行效率，从而更好的促进化工企业的发展。

关键词：化工企业；背压式汽轮机；设备；效率

1  现阶段背压式汽轮机运行状况

就现阶段的发展来看，相关企业所使用的背压式汽轮机主要是通过超高压蒸汽进行驱动，排出后的背压蒸汽作为中压蒸汽或者低压蒸汽加以利用。通过对不同的化工公司进行相关咨询和调查得知，在实际生产过程中，由于会受到各方面不同因素的影响，导致背压式汽轮机在实际的运行中因为热负荷较少或者是没有热负荷而出现运行故障的问题，所以背压式汽轮机比较适合在热负荷比较稳定的地方进行使用。背压式汽轮机在实际地运行中产生的热量，在极大程度上会被热用户吸收并利用，所以其在实际运行中并不会出现冷源损失的问题，对现阶段背压式汽轮机的运行状况进行研究的话，背压式汽轮机的额定流量会比在其后面的的汽轮机要稍微偏高，所以汽轮机的蒸汽量在运行中存在着不匹配的问题。假设背压式汽轮机能够处于一个理想状态运行的话，相关工作人员在实际操作过程中，对汽轮机入口的超高压蒸汽调节汽阀的开度大小进行调节，缓慢地将其不断开大，这样操作可以在极大程度上提升设备的进汽量，从而使设备具有非常高的运行效率、同时也会产生更多的功率。但是后置机在实际的运行过程中却不是这样，该设备在实际的运行过程中因为具有较大的进汽量，所以会导致所有的阀门在运行过程中会受到通流能力的限制，使得设备在实际运行中的流动损失不断上升，这也在极大程度上导致设备的运行效率和质量不断地下降，与此同时设备的运行功率也在不断的降低，由于此类问题的存在，会导致设备内部流量的增加并不能够与损失的增加产生正比，所以导致设备的功率没有上升，反而出现了下降的现象。从这些细节我们也能够看出来，对背压式汽轮机运行过程的产生问题的原因进行分析，并探索设备的改造，对设备运行效率和质量的提升有着重要的意义。

2  现阶段背压式汽轮机的故障解析

根据相关调查，某企业在停工检修期间，对其生产装置的背压式汽轮机进行了解体检修，之所以要进行该工作主要是因为设备在实际的运行过程中出现了运行效能较低的问题，在对设备进行解体之后，相关工作人员发现设备中大约有三分之一的二级叶片出现了不同程度的凹陷以及损坏，而且这些二级叶片还是连续的。在对其进行维修的过程中，因为企业考虑到大修设备的工作量和资金消耗比较大，所以在此次的维修过程中，只是将部分受损的油封以及气封进行了更换，并没有采购新叶片，对受损叶片进行相应地更换。随后经过相关工作人员的详细检查和分析，确认了二级叶片之所以出现内凹的主要原因，当汽轮机在高速运转的过程中，颗粒对叶轮产生了一定程度的撞击。在开工试机的过程中，伴随着叶轮旋转速度的上升，汽轮机轴承的垂直方向和水平方向的振动值也在不断地上涨，从0μm涨到高报报警值50μm，进而涨到联锁值75μm（二取二），造成机组停机。所以，相关工作人员决定对其进行全面检查，查找有可能造成汽轮机轴承振动值偏高的相关原因。其中主要从以下几个方面进行检查和解析：

（1）机组正常运行过程中的操作参数：工作人员对汽轮机的蒸汽压力、温度和品质，气缸热膨胀量，轮室和排气压力，凝汽器真空度，轴承温度，润滑油油温、油压和油质，控制油油压等参数进行检查，设备操作记录等参数的记录与以往操作过程中的参数都一致，所以基本上可以排除该原因造成的故障；

（2）维修技术人员在对汽轮机的转子与其汽缸对中安装操作的过程中，如果找中不好，存在较大的安装误差，就会导致汽轮机试车时出现振动异常。当操作员启动汽轮机后，在汽轮机升速阶段，其转速和机体内的温度会不断升高，此时动、静体就会产生摩擦，汽轮机轴振动振幅会随之增大，振动波形紊乱；

（3）汽轮机转子与被驱动机转子的对中：如果两者之间存在着对中较差的问题，启动汽轮机后，中控室操作界面就会出现二倍频谐波形式的振动波形。但是，从实际的运行记录中，轴承座壳体的轴径向振动值全部都在合理的范围之内，没有出现超标的现象，所以不是此原因引起的；

（4）轴承类型：此汽轮机安装的是四油楔轴承，这种轴承的承载能力与油楔分布方式息息相关。装配的正确位置是轴承与轴承座两者的中分面呈45°夹角，在汽轮机运行时，其载荷刚好正对油楔中心。如果安装角度不对，会导致轴承承载能力下降，机组运行时，当达到某一负荷就会出现振动突然增大，中控室操作界面就会出现低于工频的涡动振动信号。工作人员对轴承的安装方式和安装记录进行检查，检查结果没有问题；

（5）轴承油膜稳定性：如果轴承润滑油油量不足，润滑油质量出现问题（例如：润滑油出现乳化，油中带杂质、水份等现象），油温过低或过高，轴承间隙偏大等都会造成轴承油膜不断振动的现象。此时，可以观察到，油膜振动时有时无，波形出现紊乱，频率与转速的节奏不匹配，同时还会伴有异常地声响。因此，相关工作人员对这些影响因素进行了核查，润滑油的化验分析记录正常，同时对设备的瓦背紧力、轴承间隙进行检测，检测结构在《汽轮机安装使用说明书》中的要求范围之内，所以并不是该原因造成的故障；

（6）仪表故障：汽轮机实际运行过程中，远传测振仪出现了故障，轴承的振动值会伴随着转速的提升而不断地增加；

（7）设备缺陷：当齿式联轴器的浮动件存在侧隙时，由于离心力的存在，会出现偏心载荷，进而引起振动。如果存在制造误差或运行后齿面磨损造成侧隙过大，随着转速升高，振幅有可能超出正常范围上限。此外，如果背压式汽轮机的转子结构在设计过程中存在问题，开机启动后，转速升高的过程中，会出现转子不平衡的现象，进而造成转子的径向振动值超标。

3 提高背压式汽轮机效率的改造方式

3.1 对汽轮机的调节级结构进行相应的改造

通过查阅汽轮机的相关资料得知，如果要对汽轮机的调节级结构进行一定地改造，相关工作人员可以将调节级的转向导叶环的全部导叶片进行更换，并在此基础上增加一定数量的导叶汽道，从而使设备能够更好地运行。除此之外，相关工作人员也可以对调节级的喷嘴组进行重新设计或者加工。分别对设备的调节级喷嘴个数和喷嘴叶片的高度进行相应的调整，使喷嘴个数增加到30个，喷嘴叶片的高度在原来的基础上提高2mm。此外，工作人员还可以将其对应的第四个调节汽阀添加3个喷嘴汽道。这样的话，在背压式汽轮机启动后，稳定运行的过程中，通过对设备的热力进行计算，在理论上汽轮机的内功率和设备的最大进气量都有一定的提升，从而提高其工作效率。采用上述方式对设备进行改造的话，不但可以有效地改善蒸汽流动性，而且还能够有效地增加汽轮机的进汽喉部和调节级的通流面积，从而能够在集大程度上降低蒸汽做功产生的损失能够有效地提升汽轮机的进汽量，不断提升设备的工作效率，为企业的发展带来更多的经济利益，促进企业更好的发展。

3.2  对汽轮机的轴封结构进行相应的改造

就现阶段汽轮机的设计情况来看，背压式汽轮机所安装的轴封大都是高低齿迷宫形式的。如果在对设备套筒表面进行重新设计的过程中，使用凹凸结构，并对汽轮机主轴上的汽封套筒进行加工，从而实现原套筒的更新。此外，在对其进行重新设计的过程中，可以将一个合适的弹簧片安装于汽封环的背面和轴封体之间，从而能够保障轴封环运行过程中的紧固程度。这样汽轮机在实际的运行过程中，就可以使弹簧片的弹性保证汽封环上的汽封齿与套筒之间产生碰撞的时候有一定的退让间隙，从而有效地防止轴封在实际运行过程中出现损坏。相关工作人员在对汽封套筒上的高低齿迷宫式汽封进行设计的过程中，要考虑其漏汽量的大小，应该对汽封的间隙进行一定的调整，相关参数最好保持在设计要求范围内，这样就能够在极大程度上降低设备的漏汽量，保证轴封漏气量控制在相应参数范围以内。如果相关工作人员在实际的工作中能够按照上述的方式对背压式汽轮机进行改造以及调整的话，设备在日后的运行过程中，汽封环上的汽封齿出现一定程度地磨损后，就可以在停工检修时，对汽封环进行相应的更换。此外，由于汽轮机的主轴上的汽封套筒采用的是凹凸形式的，并不会存在汽封片，这样就可以保障相关工作人员在日后对汽轮机主轴上的汽封进行维修时，能够降低一定的工作量，提升工作人员的工作效率以及质量，缩短停工检修的工作周期，延长汽轮机的使用时间，为化工企业创造更好的效益。

3.3 对设备的其它技术进行一定的改造

通过了解背压式汽轮机的结构，我们可以采取一定的处理方法来提高其工作效率。在装置检修过程中，可以对汽轮机的压力级叶轮径向密封叶以及压力级隔板进行更换，同时调整其间隙，调整范围控制在0.8-1.2mm之间。这样能够在极大程度上降低设备的漏汽损失，从而更好地提升设备的运行效率和质量。除此之外，还可以对压力级隔板静叶片、汽轮机转子动叶片等部位进行相应的清洗，从而使设备在运行过程中不断提升蒸汽的流动性，使超高压蒸汽的热能更好地转换为汽轮机的动能，这样就能够在极大程度上降低蒸汽使用量。通过采用此种改造方式，能够提升背压式汽轮机的运行效率，减少损耗，为化工企业未来地发展奠定坚实的基础。

4  结束语

在现阶段的发展中，背压式汽轮机对我国工业的发展有着重要的作用，但是背压式汽轮机在实际的运行过程中受到多方面因素的影响，经常会在运行中出现一定的故障，从而影响到整个化工企业地运行效率和质量。在实际的生产中，相关企业如果能够根据实际情况，对背压式汽轮机进行相应地改造，就可以提升设备的运行效率和质量，为自身地发展提供更加稳定的设备基础。

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      来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>