透平機(jī)異?，F(xiàn)象的原因分析及處理

(中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154109)

中海石油華鶴煤化公司以煤為原料年產(chǎn)300 kt合成氨，520 kt大顆粒尿素。全廠工藝使用的大型透平壓縮機(jī)共四臺，分別是空壓機(jī)、二氧化碳壓縮機(jī)、氨氣壓縮機(jī)、合成氣壓縮機(jī)。作為連續(xù)生產(chǎn)裝置，大型機(jī)組是關(guān)鍵設(shè)備，是屬全廠核心地位的設(shè)備，造價較高，附屬設(shè)備多，控制保護(hù)系統(tǒng)復(fù)雜。一旦出現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)鎖或機(jī)組跳車，將造成裝置停產(chǎn)，出現(xiàn)故障后恢復(fù)較困難且恢復(fù)時間長。現(xiàn)結(jié)合透平壓縮機(jī)的運(yùn)行情況，對我公司大型機(jī)組試車和運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行分析，為今后的生產(chǎn)提供借鑒和幫助。

1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)波動問題

1.1 調(diào)速系統(tǒng)介紹

機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)基本控制原理如圖1所示。PEAK150設(shè)為定轉(zhuǎn)速方式運(yùn)行，兩個電磁式傳感器(以下簡稱MPU)將檢測到的轉(zhuǎn)速頻率信號送入PEAK150，經(jīng)過頻率/電壓轉(zhuǎn)換后，由高選器(HSS)進(jìn)行高選，高選后的信號參加PID調(diào)節(jié)，根據(jù)不同的設(shè)定采用不同的升速曲線對轉(zhuǎn)速的輸出進(jìn)行控制。PEAK150的輸出電流信號經(jīng)過電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的脈動油壓(二次油壓)信號，通過二次油壓的改變控制調(diào)速汽門錯油門及油動機(jī)行程，油動機(jī)行程對應(yīng)調(diào)速汽門的開度，從而控制進(jìn)入汽輪機(jī)的新蒸汽流量，達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。該機(jī)組的負(fù)荷采用轉(zhuǎn)速和防喘振閥門共同調(diào)整。當(dāng)需要增加負(fù)荷時，操作升速鍵(RAISE)，PEAK150的輸出電信號增加，二次油壓升高，調(diào)門開度相應(yīng)開大，蒸汽流量增大，轉(zhuǎn)速升高；當(dāng)減小負(fù)荷時，操作降速鍵(LOWER) ，PEAK150的輸出電信號減小，二次油壓降低，調(diào)門開度相應(yīng)關(guān)小，蒸汽流量減少，轉(zhuǎn)速降低，從而達(dá)到控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

1.2 異?，F(xiàn)象

汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)數(shù)5 150 r/min，正常工作轉(zhuǎn)數(shù)范圍4 200～5 408 r/min。使用初期轉(zhuǎn)數(shù)非常穩(wěn)定，偶爾波動幅度是±5 r/min。但是正常穩(wěn)定運(yùn)行一個月后，2013年6月1日汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)大幅波動，最大幅度達(dá)到±200 r/min，離心式壓縮機(jī)排氣壓力隨之波動，給化工生產(chǎn)帶來極大不穩(wěn)定因素。停車后車間多次對調(diào)速系統(tǒng)重要元件電液轉(zhuǎn)換器進(jìn)行火油清洗，但效果不理想，甚至一次開車中無法正常升速。裝置已經(jīng)不能維持原負(fù)荷正常生產(chǎn)，為此公司決定聯(lián)系汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家——杭汽，檢修汽輪機(jī)。

1.3 原因分析與解決方法

影響轉(zhuǎn)數(shù)波動的外因有蒸汽壓力、蒸汽溫度、離心式壓縮機(jī)負(fù)荷。內(nèi)因有PEAK150輸出控制電液轉(zhuǎn)換器的電流、二次油壓信號、電液轉(zhuǎn)換器和錯油門等。

圖1 調(diào)速系統(tǒng)控制原理圖

1.3.1外部因素

當(dāng)蒸汽壓力或者溫度突然升高或下降時，由于閥門開度不變，進(jìn)入調(diào)速氣閥的蒸汽熱值發(fā)生變化，會影響轉(zhuǎn)速。同樣，當(dāng)離心式壓縮機(jī)負(fù)荷突然改變時，由于影響到汽輪機(jī)的出力，也會對轉(zhuǎn)速造成很大的影響。于是協(xié)調(diào)鍋爐車間穩(wěn)定蒸汽壓力和溫度，以及協(xié)調(diào)前后車間穩(wěn)定離心式壓縮機(jī)進(jìn)口和出口壓力。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)數(shù)大幅度波動情況仍然存在，因此排除外因的影響。

1.3.2內(nèi)部因素

PEAK150輸出的控制電液轉(zhuǎn)換器電流、二次油壓信號，調(diào)節(jié)油的油質(zhì)，電液轉(zhuǎn)換器和錯油門等對轉(zhuǎn)數(shù)都有影響。

(1)對PEAK150輸出控制電液轉(zhuǎn)換器接線進(jìn)行了全面的檢查。檢查整個回路接線是否有松動，PEAK150的輸出電流是否正常。經(jīng)過檢查確定PEAK150工作比較穩(wěn)定和正常，因此排除了儀表故障對轉(zhuǎn)數(shù)的影響。

(2)測試二次油壓信號范圍是否在0.15～0.45 MPa過程中，發(fā)現(xiàn)在0.41～0.45 MPa間瞬時劃過，無線性。因此決定改變對應(yīng)范圍，在0.10～0.40 MPa。說明二次油壓信號異常是導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)波動的原因之一。

隨后廠家人員拆開錯油門取出滑閥，發(fā)現(xiàn)三個甩油孔有一個堵塞，最后用軟鐵絲透通，再用干凈氣體將內(nèi)部雜質(zhì)吹除后清洗回裝。油路系統(tǒng)開車前油洗效果較差，導(dǎo)致雜質(zhì)進(jìn)入汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(電液轉(zhuǎn)換器、錯油門)。而電液轉(zhuǎn)換器油孔和錯油門滑閥甩油孔非常細(xì)小，大于5 μm的雜質(zhì)就會堵塞油孔。說明錯油門滑閥甩油孔堵塞是導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)波動的原因之一。

2 汽輪機(jī)熱井液位波動問題

2.1 汽輪機(jī)冷凝系統(tǒng)介紹

冷凝系統(tǒng)包括凝汽器(熱井)、冷凝水泵、冷凝水泵出口調(diào)節(jié)閥。熱井液位由進(jìn)、回水調(diào)節(jié)閥共同控制，冷凝水泵功率和出口壓力不變。汽輪機(jī)使用初期熱井液位非常穩(wěn)定，偶爾波動幅度是±1%，即便是調(diào)整汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，進(jìn)、回水閥門共同調(diào)整，熱井液位始終穩(wěn)定在設(shè)定值45%。

2.2 異?，F(xiàn)象

熱井液位正常穩(wěn)定持續(xù)一段時期后，在并未調(diào)整汽輪機(jī)負(fù)荷的情況下，從2013年5月5日早8：00起熱井液位出現(xiàn)大幅度波動，最大幅度達(dá)到±25%，以至于液位達(dá)到75%，聯(lián)鎖動作，備用冷凝水泵自啟動。這種情況嚴(yán)重影響了機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須及時查明原因并處理。

2.3 原因分析與解決方法

影響熱井液位波動的原因有冷凝水泵機(jī)械故障，冷凝水泵出口調(diào)節(jié)閥故障，冷凝液管網(wǎng)壓力過高或不暢通，熱井液位計故障。

(1)聯(lián)系維修鉗工、電工、操作工聯(lián)合對冷凝水泵及電機(jī)軸承溫度、震動、運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)運(yùn)行正常，排除了冷凝水泵機(jī)械故障影響熱井液位。

(2)對冷凝水泵出口調(diào)節(jié)閥氣源、閥位開關(guān)情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)正常，排除了冷凝水泵出口調(diào)節(jié)閥故障影響熱井液位。

(3)聯(lián)系調(diào)度檢查冷凝液管網(wǎng)管路是否暢通，閥門開度是否到達(dá)要求，出水量是否正常。確認(rèn)運(yùn)行正常，排除了冷凝液管網(wǎng)壓力過高或不暢通影響熱井液位。

(4)對液位變送器進(jìn)行檢查。本熱井設(shè)置兩個液位計，磁翻板液位計和玻璃板液位計，熱井液位測定由磁翻板液位計傳輸信號至主控室，正常情況下玻璃板液位計顯示水位應(yīng)該和磁翻板液位計顯示一致。但是巡檢人員到達(dá)現(xiàn)場對比兩個液位計，發(fā)現(xiàn)玻璃板液位計液位持續(xù)下降，磁翻板液位計劇烈波動。因此造成液位劇烈波動的根本原因是磁翻板液位計失靈，而當(dāng)備用冷凝水泵自啟動后水位迅速下降，玻璃板液位計顯示的才是真實(shí)的熱井液位。

由于疏水系統(tǒng)屬于負(fù)壓區(qū)，若磁翻板液位計法蘭密封面存在泄漏，空氣會吸入，會影響磁翻板液位計的浮子正常位置，造成液位計顯示波動，熱井液位隨之波動，而一旦法蘭面密封效果不好又不容易發(fā)現(xiàn)。知道了問題的原因，立即停掉備用運(yùn)行的冷凝水泵，進(jìn)、回水液位改為手動控制；對液位計法蘭面進(jìn)行緊固，并涂抹黃油密封，直至10：00液位穩(wěn)定正常。

3 結(jié) 語

本次對汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和冷凝系統(tǒng)消缺優(yōu)化后，壓縮機(jī)可以滿負(fù)荷運(yùn)行，汽輪機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)穩(wěn)定。通過上述介紹我們知道，一個小小的雜質(zhì)就會造成轉(zhuǎn)數(shù)的波動，一個法蘭面泄漏就會引起液位的波動?；どa(chǎn)的特殊性要求我們防微杜漸，細(xì)節(jié)決定成敗。另外，密切結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，多方面、多專業(yè)、多角度考慮問題，只有多增進(jìn)學(xué)科間的融合才能更好地解決各種故障和難題。