1. 오정렬과 발란싱 문제

Misalignment and Balancing Problem at a Refinery

 

1.1 振動 特性 (Vibration Characteristics)

Mexico의 Tula 정유소는 하루에 315,000 배럴의 석유를 정유하며 휘발유, 항공연료, 액화가스, 등유, 경유 그리고 부탄을 멕시코시에 공급한다.

Tula 정유소의 1000마력 이상의 모든 설비는 Bently Nevada 장치에 의해 감시되고 있다. 1976년 정유소가 처음 건설되었을 때 Bently Nevada 7200 시스템을 갖춘 Siemens사의 25 ㎿ 터빈발전기 2대가 설치되었다. 1988년에 3번째 터빈발전기가 설치되었다. 4개의 베어링을 갖은 Siemens TG-3형의 32 ㎿급 터빈발전기는 증기터빈 끝에서 볼 때 시계방향으로 회전하며, 각 베어링에 XY Probe와 Keyphasor에 의해 최초로 감시되고 있었다. 지금은 Bently Nevada 3300시스템이 설치되어 있다. 또한, 3개의 터빈발전기는 정유소의 소내 전력을 공급한다.

그림 3-1 Machine Train Diagram 

새 발전기의 전기 분야 수리 후 기동 중에 Bently Nevada ADRE 3 시스템을 사용하여 진동을 측정한 결과 높게 나타났다. 두 번째 기동하여 이 기록된 자료를 분석한 결과 #1, 2, 3, 5 베어링에서 큰 Preload가 생긴 것이 나타났고 #2, 3 베어링은 그림 3-2와 같이 8자 모양의 Orbit을 나타냈다.

#2 베어링의 수평 Probe에서는 큰 2× 진동 성분이 나타났으며(그림 3-3), 그 진동치는 운전 속도에서 6 mils까지 나타났다 (그림 3-4). #4 베어링의 수직 채널에서는 1차 공진시 8.5 mils의 진동 진폭이 나타났고 운전속도에서는 5.0 mils의 잔류 진동이 나타났다 (그림 3-5).

그림 3-2 8자 모양의 Orbit을 나타내는 기동중 자료

그림 3-3 2× 진동성분을 보여주는 #2 베어링

그림 3-4 #2 베어링의 무보상 Polar Plot

그림 3-5 #4 베어링의 무보상 Polar Plot

 

1.2 問題點 分析 및 診斷 (Analysis and Diagnosis of the Problem)

높은 진동값과 더불어 심한 Preload Orbit(8자 형태)이 존재하는 것으로 보아 극심한 Misalignment와 큰 불평형의 복합적인 문제인 것이 분명하게 드러났다.

운전속도(1×)에서의 성분과 똑같은 진폭을 두 배의 운전속도(2×)에서도 가지고 있다는 것은 Misalignment를 의미한다.

무보상 Polar Plot(그림 3-5)는 발전기 축이 휘어졌음을 나타내는 높은 Slow Roll 값을 보여준다. 또한 이 휨 상태는 1차 공진시 높은 진동값의 원인이기도 하다. 고 진동은 또한 로터가 선회형태(Pivotal Mode)에 가깝게 운전하고 있음을 보여준다.

Siemens사의 터빈 발전기는 유럽식 설계이고 통상 50 ㎐(3000 rpm)로 운전된다. 미국과 마찬가지로 멕시코는 주로 60 ㎐(3600 rpm)로 터빈 발전기가 운전된다. 그래서 발전기는 2차 모드에 가깝게 운전되고 있다. 터빈에는 발란싱용 개구부가 없었으며, 유일한 개구부는 발전기에만 있었다.

터빈 발전기의 분해에 필요한 시간과 비용의 절감 그리고 발란싱 설비를 가져와야 하기 때문에 정유소 직원들은 현장에서 발란싱 작업을 시도하기로 결정했으며, 이러한 결정을 하는데 다음의 요인들을 고려했다.

• 발전기의 Slow-Roll 값이 높았다.

• 증기터빈과 발전기 둘 다 선회 형태에 가깝게 움직였다.

• 증기터빈의 발란싱용 개구부가 없어 현장에서 발란싱 작업이 어려웠다.

현장 발란싱 작업을 위해 다음과 같은 범주를 정했다.

• Weight는 발전기의 두 개의 발란싱 면에서만 추가되거나 제거되어야 한다.

• 어떤 최소한의 기준을 위해 발전기만을 발란싱하는 일은 없어야 하며 증기터빈과 발전기를 같이 발란싱 하여야 한다.

• 1차 공진을 통과하는 동안의 진동값과 전체 기계가 운전속도에서의 잔류 진동값 사이의 발란싱 응답을 얻도록 노력하여야 한다.

레이저빔을 이용한 Cold Alignment가 실시됐고 같은 장비로 나중에 Hot Alignment를 확인하였다. 증기터빈의 반경방향 이동이 입증되었고, 이것은 고압증기 입구관에서 발생한 것으로 생각되었다. 기계의 Alignment는 수정되었지만 터빈의 반경방향 이동의 원인은 문제점을 완전히 수정하기에 앞서 밝혀져야 할 필요가 있었다. 정유소 직원들은 터빈 발전기의 다음 정지중에 Misalignment를 줄이기 위한 작업을 계속하기로 계획했다.

Alignment 수정후 정유소 기술자들은 기계를 발란싱 하였다. Balancing 계산을 하는데 필수적인 Polar Plot를 만들기 위해 정지중에 터빈과 발전기의 모든 채널에서의 진동값이 기록됐다. TDM(Transient Data Manager)를 사용하여 온라인으로 각 베어링의 작동상태를 감시하였고 TDM 자료에는 정지과정과 운전속도에서 기록된 여과된 그리고 여과되지 않은 Orbit/Timebase Plots들이 포함됐다.

 

1.3 要約 (Summary)

터빈 발전기는 온라인으로 감시되었고 정격 부하에서 신뢰성 있게 운전하고 있었다. 모든 감시된 채널에서의 진동값은 임계속도와 운전 속도에서 감소했다 (그림 3-6과 3-7). Alignment 수정 후에 취한 Orbit Time Base 도표들은 앞서 보여준(그림 3-2) 8자 모양이 아니라 더 타원형으로 나타났다 (그림 3-8과 3-9). 또한 #2 베어링에서의 2× 성분은 사라졌다 (그림 3-10).

앞에서 언급한 기술을 사용함으로써 기계의 분해와 Balancing 설비의 이동이 필요 없게 됐다. 정비 비용과 전력생산 손실로 68,000 US$의 비용이 들었지만 정비작업은 광범위해졌다.

그림 3-6 Alignment후 #2 베어링의 무보상 Polar Plot

그림 3-7 Alignment후 #4 베어링의 무보상 Polar Plot

그림 3-8 Alignment후 #2 베어링의 Orbit/Timebase Plot

그림 3-9 Alignment후 Orbit/Timebase Plot

그림 3-10 2× 진동성분이 없는 #2 베어링

 

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