大机组状态监测经验交流(最终稿)

中国石油宁夏石化公司PETROCHINANINGXIAPETROCHEMICALCOMPANY·诚信·创新·业绩·和谐·安全介绍人：肖萍大机组状态监测管理经验交流一、概述我公司是一个大型炼化企业，拥有两套（30/52、45/80）大型化肥生产装置、一套40万吨/年复合肥生产装置以及一套500万吨/年炼油装置，确保各装置长周期、高效率、稳定安全运行，对大型机组的监测维护工作显得尤其重要。结合一套可靠的、能实时对大机组的运行状态进行监测、分析和故障诊断系统，建立一套大机组状态监测高效、完整的管理体系，成为大型化工装置生产的迫切需要。大机组状态监测管理，对设备管理具有以下意义：1、有利于提高设备管理水平，延长设备检修周期，缩短维修时间，实现设备状态维修；2、避免巨大事故的发生，减少事故的危害性，防止事故于未然，消灭事故在萌芽；3、可以获得潜在的巨大经济效益和社会效益。序号装置机组代号机组名称制造厂投用日期1一化肥装置4111-K1/K1T空气压缩机组三菱重工/DEMAG1988.424111-K2/KT氮气压缩机组三菱重工/DEMAG1988.434117-K1/K1T合成气压缩机组三菱重工1988.4441118-K1/K1T氨气压缩机组石川岛播磨1988.4511102-J/JTCO2压缩机组杭汽/沈鼓1988.864112-K1/K1M天然气压缩机组日立/ABB2000.574112-K2/K2M天然气压缩机组日立/ABB2003.984115-K2/K2M尾气压缩机组陕鼓/南阳防爆电机2003.994115-K3/K3MCO2压缩机组陕鼓/南阳防爆电机2003.9100105-W9MW发电机组三菱重工1988.4114119-K1循环气压缩机锦化机/南阳防爆电机2007．124112-K3天然气压缩机锦化机/南阳防爆电机2007．二、大型机组特护工作情况1、机组情况简介：我公司共有22台关键机组序号装置机组代号机组名称制造厂投用日期13二化肥装置101-J/JT空气压缩机组DELAVAL1999.914102-J/JT天然气压缩机组CLARKBROS/NURRAYLRONWORKS196515103-J/JT合成气压缩机组CLARKBROS/AEG-KANIS196516105-J/JT氨气压缩机组DELAVAL196517K-101CO2压缩机组意大利新比隆1999.918TJ2900125MW发电机组SIMENS/济南生建2000.519K-101ACO2压缩机组锦化机/GE2005．1220炼油装置K-101主风机2011.1221K-102主风机备机2011.1222K-103气压机2011.122、大机组特护工作介绍根据股份公司《炼油化工企业设备管理规定》要求，我公司制订了《中国石油宁夏石化公司关键机组管理规定》，对大机组实行“机、电、仪、操、管”五位一体的特级维护管理。（1）针对所有大型机组分别成立特护小组，并在每年年底重新填报《设备特护管理注册登记表》进行登记注册；（2）特护小组由公司机动设备处、生产运行处、电仪部、检修公司和设备属地单位派出经验比较丰富的专业人员组成。组长由设备属地单位主管设备领导担任；（3）特护小组每月召开特护工作月总结会，总结各专业的特护工作，大型机组运行、检修情况，重要缺陷的整改及安全监控情况以及重大技术改造情况，布置下月（阶段）特护工作重点，并形成《特护会议纪要》；（4）大型机组出现故障或故障运行期间，特护小组组长负责及时召集有关人员对故障进行会诊，分析故障原因，制定出解决问题的方案或监控措施。保证大机组安全、稳定、长周期运行，实现了装置“三年一修”的目标。2003年9月我公司大机组状态监测系统选用了深圳市创为实公司研发的旋转机械状态监测系统s8000，并结合中国石油设备远程监测中心的强大功能，确保了大机组的安全、稳定、高效、长周期运行。1、S8000系统的应用S8000系统于2003年9月在宁夏石化分公司正式投用，目前此系统包括17台NET8000现场监测站、一台WEB8000服务器和浏览站组成。负责监测全部22台关键机组的实时动态运行数据，系统结构图见附录1。三、状态监测及故障诊断技术应用情况2、设备远程监测中心的应用设备远程监测中心由服务器RMD8000和现场S8000系统组成。RMD8000服务器安置在中石油集团内，S8000系统安置在宁夏石化公司等各分工厂内。S8000系统作为远程监测中心位于各工厂的数据采集终端，起到采集和分析工厂机组运行数据并将数据通过INTERNET实时传输给远程监测中心服务器的作用。RMD8000由大型数据服务器和专用软件组成。可以完成对多个企业级S8000系统的管理与设置，对全球机组运行数据的长期存储和管理，提供专业的诊断图谱，为行业专家提供网上共享的工作平台，并提供其它通用网站的功能。并可根据企业需要，为企业开发各种分析诊断、数据汇总以及报表功能。系统结构图见附录2。S8000系统1#机组NET8000现场诊断网站服务器数据仓库远程管理宁夏石化公司网关/代理服务器6厂局域网2#机组WEB80001#现场诊断网站服务器数据仓库远程管理远程专家诊断远程专家诊断网关/代理服务器66NET8000666WEB8000NET800063#机组66中石油设备远程监测管理中心中石油内部广域网3、网络技术的应用我公司大机组状态监测及故障诊断工作设有专人管理，每周对所有关键机组的监测数据进行分析及诊断，提出维护调整措施和维修建议，形成《大机组转动设备状态监测周报》，并在公司网站主页设立监测周报专栏。公司各级人员均可通过公司局域网，登陆公司设备状态监测网，对发现的问题及时向专职监测人员汇报，并通过共同分析达成一致意见和建议，采取相应的监控调整措施，保证了大机组安全稳定运行。同时也逐步提高了各级管理人员的监测分析水平，形成了一个全员参与大机组管理的局面。总之，通过大力推广和应用设备状态监测和现代化故障诊断技术，逐步实现以设备状态监测为基础的设备欲知维修，不断提高设备管理和维修技术现代化水平，确保了大机组的“安稳长满优”运行，实现了股份公司提出的“装置三年一大修”的目标。四、S8000系统及设备远程监测中心的应用事例应用一：合成气压缩机组高压透平振动故障分析及处理摘要我公司二化肥合成氨装置是1996年从加拿大引进的年产30万吨合成氨的二手设备，于1999年10月正式投产。2004年4月8日二化肥装置抢修期间，对合成气压缩机组高压蒸汽透平进行了检修。检修后机组运行状态正常，2004年4月26日，高压蒸汽透平振动值突升至140um，通过对振动信号的分析、故障诊断及振动机理的探讨，找出了高压蒸汽透平振动故障的原因，提出了消除振动的措施，调整后轴承振动降低至正常值。为今后类似故障的诊断及消除提供了一个有益的实例。前言我公司二化肥装置合成气压缩机组蒸汽透平是1965年AEG-KANIS公司制造的，透平分为高中压两缸，其中高压透平103-JAT为垂直剖分，中压透平103-JBT为水平剖分式，径向瓦轴承为椭圆剖分式，推力轴承米切尔。压缩机为高低压两缸。机组总貌如图1所示：图1103J/JT合成气压缩机组总貌图2004年4月机组中修（对透平两侧的轴承进行检修更换）后，机组运行及振动状况良好，机组运行至2004年4月22日，透平轴承振动出现波动。主要振动数据及振动趋势图（图2）如下：日期转速rpmXI-33VumXI-33HumXI-34VumXI-34Hum油冷器出口温度℃4月13日18:031001441.575.634.829.037.44月22日03:34102413376.359.23739.04月22日05:3310246110142.611482.438.84月22日08:0899852880.868.631.437.65月14日02:32988645.637.750.847.737.55月14日04:129193113.7133.9118.7114.240.05月14日05:22946431.74143.243.236.3图22004年4月8日至4月20高压透平振动趋势图振动特征及故障分析该机组安装有美国本特利（Bently）公司的7200系列振动监测系统，可监测各轴承左右45°方向轴的相对振动。本文的振动数据均使用深圳创为实NET8000进行振动数据采集和分析，且为相对数据。机组振动的特性有以下几方面：a．轴承振动的发生和消失具有突发性的特点。b.发生强烈振动时，高压透平的各轴承振幅突然增加很高，如：XI-33V/H由49.7/34升高为113.7/133.9um、XI-34V/H由47.1/48.5升高为118.9/114.2um。c．从频谱图上看，机组振动正常时，高压透平各轴承振动的主要成份为工频成份；当振动升高时，0.5倍频成份突然出现，0.5倍频成份高达86um。见图2频谱图。d．发生强烈振动前转子有油膜涡动现象，转子的轴心轨迹由稳定的椭圆逐渐扩大变为双复合椭圆，轨迹的大小随半频次谐波振幅的波形而变化，如图3所示。当轴心轨迹扩散为不规则形状的瞬间，突然爆发强烈振动。e．轴承润滑油的温度变化对机组的运行的稳定性有明显的影响。机组润滑油温度由36℃升高到39℃时高压透平由稳定状态变为失稳状态。f．机组发生强振时振动异常剧烈，声音异常。由上述特性分析引起机组振动的主要原因为透平高压缸发生了油膜振荡。即转子的涡动频率与转子固有频率（4700-6100rpm）接近时发生的自激振动，而且来势很猛，振幅突然大幅度升高造成剧烈振动，震撼整个机器和基础，并伴随低沉的吼叫声，严重时会破坏轴承和转子、损坏机器发生恶性事件。油膜振荡前XI-34轴承振动频谱、波形及轴心轨迹图油膜振荡时XI-34轴承振动频谱、波形及轴心轨迹图图3油膜振荡消失后XI-34轴承振动频谱、波形及轴心轨迹图103-JAT高压透平产生油膜振荡的原因及消除措施根据103-JAT高压蒸汽透平振动的特征，判断引起高压蒸汽透平振动波动的根本原因为透平轴承发生了油膜涡动和油膜振荡。轴承产生油膜涡动和油膜振荡的原因主要有:（1）轴承设计或制造不符合技术要求。（2）轴承间隙不当；轴承壳体配合过盈不足；轴瓦参数不当。（3）润滑油不良；油温或油压不当。（4）轴承磨损、疲劳损坏腐蚀及气蚀等。2003年12月13日，由于润滑油泵保险故障断油30分钟，机组惰走时间过长，导致高压蒸汽透平轴瓦和轴颈严重烧损。因生产原因未对汽机转子进行更换，只对轴颈进行修复并更换轴瓦。12月16日开车后，XI-33V/H振值为59.4/136um，XI-34V/H为59.7/61.8。2004年4月8日利用二化肥抢修，对轴承33、34进行了更换，并对轴颈进行修复。由于新的轴瓦装上后，间隙即达到上限（允许间隙0.28-0.34mm）,决定对瓦口进行车削（如图4）,以减小轴瓦间隙,但是这样严重破坏了轴瓦的设计尺寸及几何形状，即轴瓦预负荷Pn=1-C/（Rp-Rs）变小，增加了轴瓦油膜的不稳定性，这是轴瓦产生油膜涡动和油膜振荡的根本原因。其次，由于轴颈本身的圆度已严重偏离设计值，这就加剧恶化了稳定性，促使轴瓦更易发生油膜涡动和油膜振荡。图4新轴瓦车削瓦口后的轴瓦（虚线部分）根据产生振动的原因分析，认为将润滑油温度严格控制在36℃-37℃，机组可稳定运行。要想彻底消除轴瓦油膜涡动和油膜振荡，必须更换转子或轴瓦，对新椭圆轴瓦严禁车削瓦口。若根据轴颈的实际情况，加工新轴瓦，应尽可能使其间隙控制在允许下限0.28um。应用二：轴承油膜涡动故障的分析和处理自2004年8月27日16：08，103-JAT高压透平XI-34振动逐渐升高，由60um升高到130um，运用S8000系统从频谱图中可以看出，引起振动升高的主要成分是0.4～0.6倍成分，轴心轨迹杂乱无章（见下图），分析诊断出此时轴承发生了油膜涡动，通过有效处理，缓解了机组轴承振动；应用S8000系统对机组的连续监测，至9月2日机组振动进一步恶化，分析判断此时轴承已损坏，立即停机检修。机组解体检修，确认轴