R&R透平防喘放氣控制系統改進

林建偉 肖玉華 許海峰

（中海油能源發展采油服務公司渤中FPSO作業公司 天津 300457）

R&R透平防喘放氣控制系統改進

林建偉 肖玉華 許海峰

（中海油能源發展采油服務公司渤中FPSO作業公司 天津 300457）

主要介紹了明珠號R&R透平的防喘振系統，通過分析速度感應閥在機組中的作用原理，特設計新增電磁閥代替速度感應閥。

R&R透平；喘振；控制系統改進

引言

壓氣機喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發生的低頻率，高振幅的震蕩現象。這種低頻率高振幅的氣流振蕩是一種很大的激振力來源，它會導致發動機機件的強烈機械振動和熱端超溫，并在很短的時間內造成機件的嚴重損壞，所以在任何狀態下都不允許壓氣機進入喘振區工作。

1 R&R透平防喘簡介

燃氣輪機的防喘系統功能為防止機組啟機過程中壓氣機系統內形成氣流的紊亂造成的機組喘振。對于明珠號的R&R透平防止喘振的辦法主要借助于安裝在機組第5級和10級的共8個防喘放氣閥，在啟機過程中釋放機組啟機過程部分壓氣機d的壓縮氣體，使得機組順利渡過喘振轉速區，當速度感應閥檢測到機組達到12600r/min后，通過速度感應閥導通14級PCD（pressure compressor discharge）氣源，關閉防喘閥以達到防止喘振的目的。

R&R主機的防喘系統包括以下幾個主要組件，如圖1。

圖1 R&R透平防喘放氣系統

其中，速度感應閥是防喘系統中的關鍵組件，它包含閥體和速度感應兩部分，閥體主要用于切斷和導通從壓氣機第14級來的PCD氣源，分別關閉第5級和第10級的共8個防喘放氣閥。速度感應部分利用由齒輪組件（accessory gear box）傳動過來的轉速信號和其重錘作用來驅動閥芯的開關動作，機組在低于12600r/min的時候速度感應閥處于關閉狀態，防喘放氣閥由外部8公斤儀表氣源打開；機組超過12600r/min時速度感應閥處于打開狀態，導通14級高壓PCD氣源關閉防喘放氣閥。

其閥內部結構如下圖：

圖2 速度感應閥組件內部結構

2 防喘系統改進背景

速度感應閥在這種早期的機組中應用非常廣泛，原因是當時的電氣自動化控制技術并不先進（90年代初期），所以只能利用齒輪傳動等機械方式來取得精準的速度信號并做出相應的控制，然而該技術已經較為落伍了，這給我們的機組維護工作帶來多有不便。（此處以該機組燃油系統為例證：該機組初期的燃料控制是利用伍德沃德的機械調速器，即使用轉速來控制燃料量，而如今明珠號兩臺機組的燃料系統都經過了改進，改由速度傳感器+PLC程序+電動伺服燃料閥模式來控制。由此我們不難推斷出當時防喘速度感應閥并未作改進并持續應用到現在）。

由圖2可知速度感應閥結構較為復雜精細，又因機械性傳動件較多而且轉速高，長期運轉后必然有機械性疲勞損傷等產生，造成速度感應閥功能失效，無法實現防喘功能。

明珠號R&R 501－KB5透平已經有近20年的歷史，在機組的正常操作運轉過程中我們發現平均2年時間就需要更換一個速度感應閥，現在此501－KB5機組已經停產。明珠號自去年4月份臨時復產以來有過兩次速度感應閥損壞造成R&R機組無法啟機現象。第一次是2010年11月，R&R透平A機由于速度感應閥失效造成放氣閥無法關閉，機組雖然在14200r/mim正常啟機運行，但是由于防喘放氣閥無法關閉，造成機組第5級和第10級的高壓高溫氣體泄漏在機組橇塊內部，很快不到10分鐘造成機組滑油高溫而停機，好在當時庫房有一個新的速度感應閥，能及時更換換新，未因電站問題對生產造成影響；第二次時2011年2月，R&R透平B機發生類似現象，由于沒有備件，造成機組近30天無法運轉，期間對電站運行造成一定的影響。

圖3 明珠號R&R透平機組故障速度感應閥

圖4 新老機型速度感應閥對比

由于R&R廠家新機型很少采用速度感應閥控制，所以造成速度感應閥在備件采購時遇到采購周期長、采購途徑狹窄、費用昂貴、返修周期長且維修費用高等困難和制約，一旦我們的機組缺少備件，將對海上生產產生很大影響。

3 改進方案

為了避免以上所述不利影響，同時參考SOLAR機組防喘控制模式，并在R&R機組2010年12月年檢時從外方服務人員處驗證了改進的可能性和可行性，建議將防喘放氣系統控制模式改變為：取機組現有速度傳感信號作為機組防喘放氣閥門開關的速度依據，在PLC程序中添加一個輸出信號點，用于控制PCD氣管線上新加的電磁閥來通斷PCD氣源。

如圖5所示：

圖5 改進后的防喘放氣控制模式

4 改進方案的效果和可操作性預期

首先利用電磁閥改進后，由于只是采用了機組現有速度信號和控制信號以及電磁閥作為執行原件，能夠做到精確防喘控制，另外電磁閥也不易損壞，大大降低了設備故障率，提高設備可靠性的同時節約了潛在的經濟成本。

其次通過與廠家服務人員溝通，現場協助施工應該可以達到預期的效果。具體施工步驟如下：

（1）準備備件材料

（2）機組電氣及機械隔離

（3）PCD管線改造

（4）PLC程序修改

（5）施工完畢后現場檢查確認

（6）啟機實驗