索拉壓縮機(jī)組動(dòng)力透平轉(zhuǎn)速低故障分析與處理

孫志廣，侯大立

（1.中國(guó)石油天然氣銷售東部公司，上海 200120；2.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海 201418）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)天然氣長(zhǎng)輸管道的迅速發(fā)展，作為管道心臟的壓縮機(jī)越來(lái)越多的安裝到管線上。燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組是國(guó)外長(zhǎng)輸天然氣管線上的主要增壓方式，廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)的天然氣管道上。索拉燃驅(qū)機(jī)組由于性能穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)油氣管道應(yīng)用較多。燃驅(qū)機(jī)組的出力直接決定了壓氣站的出口壓力，影響管輸量，從而影響到下游用戶的用氣和管輸企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。以中國(guó)石油西氣東輸某站索拉機(jī)組為例，對(duì)出現(xiàn)的動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速低、出力不足問(wèn)題進(jìn)行故障分析與處理。

1 動(dòng)力透平轉(zhuǎn)速低的故障分析

西氣東輸某站壓縮機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)Solar TAURUS 60，壓縮機(jī)型號(hào)Dresser-Rand CDP-416。某次啟機(jī)點(diǎn)火過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，最終燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速達(dá)到了設(shè)計(jì)值的95%，但動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速僅僅達(dá)到設(shè)計(jì)值的49.3%，造成機(jī)組出力嚴(yán)重不足。故障處理應(yīng)從運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障現(xiàn)象開始查起。經(jīng)過(guò)調(diào)取各種參數(shù)分析，認(rèn)為造成該問(wèn)題的可能原因：淤可調(diào)導(dǎo)葉未打開；于放氣閥關(guān)閉不嚴(yán)；盂燃?xì)獍l(fā)生器葉片灰塵較多；榆進(jìn)氣濾芯堵塞；虞聯(lián)軸器脫扣。

為了徹底解決該問(wèn)題，對(duì)造成該問(wèn)題的可能性進(jìn)行詳細(xì)排查。通過(guò)之前對(duì)放氣閥和進(jìn)氣濾芯的拆卸檢查，首先排除了放氣閥關(guān)閉不嚴(yán)和進(jìn)氣濾芯堵塞的可能。原因重點(diǎn)針對(duì)可調(diào)導(dǎo)葉、燃?xì)獍l(fā)生器葉片臟、聯(lián)軸器脫扣等展開調(diào)查。

2 故障診斷與排除

2.1 燃?xì)獍l(fā)生器的檢測(cè)與故障排查

（1）孔探檢測(cè)

孔探檢測(cè)是機(jī)械故障診斷的重要技術(shù),對(duì)于正確評(píng)估機(jī)械的內(nèi)部損傷,適時(shí)進(jìn)行修理具有重要意義。但是孔探圖像的損傷評(píng)估往往依賴豐富的專家知識(shí)。由于燃?xì)獍l(fā)生器的葉輪處于不可見(jiàn)位置，所以對(duì)其進(jìn)行孔探檢測(cè)。孔探照片如圖1所示。

對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器孔探檢測(cè)發(fā)現(xiàn)部分葉片存在磨損，且表面較臟，分析原因?yàn)闄C(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，總共運(yùn)行25 954 h，且未進(jìn)行過(guò)返廠大修，部分葉片銹蝕嚴(yán)重。分析原因?yàn)闄C(jī)組停用時(shí)間較長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間未運(yùn)行，且長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境中。

通過(guò)對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器的孔探檢查發(fā)現(xiàn)了燃?xì)獍l(fā)生器的葉輪存在磨損與腐蝕現(xiàn)象，在一定程度上降低了機(jī)組效率，影響動(dòng)力透平轉(zhuǎn)速。

（2）制作專用工具清洗燃?xì)獍l(fā)生器

經(jīng)過(guò)分析可知，當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生器的葉輪表面存在大量灰塵時(shí)，在一定程度上阻礙葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，為了排除燃?xì)獍l(fā)生器葉片臟污的原因，需對(duì)葉片進(jìn)行清洗。為了便于操作制作專用工具。

圖1 孔探照片

水洗專用設(shè)備（圖2）：1個(gè)水桶，用于配比清洗液；1根硬質(zhì)蛇皮管，一端連接水桶，一端連接1 m長(zhǎng)的1/2英寸白鋼管；1根軟管，一端連接儀表風(fēng)，另一端連接20 cm長(zhǎng)的1/4英寸白鋼管，且白鋼管深入到硬質(zhì)蛇皮管靠近長(zhǎng)白鋼管側(cè)。

清洗原理：通過(guò)壓縮空氣使清洗液（或水）霧化成小水滴，在氣流帶動(dòng)下噴射到燃?xì)獍l(fā)生器入口。

清洗過(guò)程：打開排污閥門，拆除相關(guān)管線。拆下主燃料氣管線、壓氣機(jī)后端擴(kuò)壓器上密封氣（Pcd）排氣管線、壓氣機(jī)后端擴(kuò)壓器上到燃料控制閥的排氣壓力管線、燃燒室下方排污管線等。使用ZOK27清洗液，與水按1:4的比例配比清洗液30 L。

從監(jiān)視畫面MAINTENANCE（維修保養(yǎng)）界面啟動(dòng)“TEST CRANK”，當(dāng)啟動(dòng)馬達(dá)拖動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)后對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)清洗。用配比好的清洗液清洗一次，然后靜置30 min，使清洗液與葉片充分的浸泡。注意在拖動(dòng)清洗前，一定要將發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)并先將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻，待溫度降下來(lái)后再啟動(dòng)馬達(dá)。

使用清洗液清洗后靜置30 min，再用蒸餾水進(jìn)行沖洗，每次沖洗后都要保存一定清洗廢液用以判斷是否清洗干凈。不斷重復(fù)以上過(guò)程，直到清洗干凈為止。

經(jīng)過(guò)啟機(jī)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力透平仍然存在轉(zhuǎn)速低的問(wèn)題，排除燃?xì)獍l(fā)生器葉片臟的誘因。

圖2 自制清洗設(shè)備

2.2 可調(diào)導(dǎo)葉系統(tǒng)的檢測(cè)與分析

可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉系統(tǒng)是為了保持壓氣機(jī)在啟動(dòng)、加速和正常運(yùn)行期間最大機(jī)組性能而設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)是一個(gè)電動(dòng)控制、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)改變?nèi)肟趯?dǎo)葉、第一級(jí)靜葉和第二級(jí)靜葉的入口角，以使壓氣機(jī)的低壓級(jí)和高壓級(jí)在空氣動(dòng)力方面相互匹配，從而達(dá)到保持壓氣機(jī)最大性能的目的。葉片有開和關(guān)2個(gè)位置，葉片位置的變化影響空氣流過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片的入口角，對(duì)于任一具體的壓氣機(jī)而言，葉片入口角決定級(jí)的壓氣特性。通過(guò)改變?nèi)~片的位置，使處于臨界狀態(tài)的各低壓級(jí)葉片重新排列組合，以便在啟動(dòng)、加速和正常運(yùn)行期間能維持一個(gè)比較平衡的空氣流量和壓氣機(jī)的性能曲線。如圖3所示，該系統(tǒng)有4級(jí)可調(diào)導(dǎo)葉。

圖3 可調(diào)導(dǎo)葉與自制指針

（1）制作導(dǎo)葉指針便于觀察導(dǎo)葉的移動(dòng)。將銅皮裁剪成三角指針，利用螺栓將其固定。拆卸4級(jí)可調(diào)導(dǎo)葉連桿，逐一進(jìn)行活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)入口可調(diào)導(dǎo)葉卡死，3級(jí)可調(diào)導(dǎo)葉部分可活動(dòng)，部分無(wú)法活動(dòng)。4級(jí)可調(diào)導(dǎo)葉固定在液壓作動(dòng)筒同一連桿上，因入口可調(diào)導(dǎo)葉卡死無(wú)法活動(dòng)，故4級(jí)可調(diào)導(dǎo)葉均無(wú)法動(dòng)作，造成燃?xì)獍l(fā)生器的進(jìn)風(fēng)量不足，功率不高，無(wú)法使動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計(jì)值。

（2）可調(diào)導(dǎo)葉卡滯處理措施。對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉葉片軸根部噴灑螺栓松動(dòng)劑以及除銹劑，每天早晚各一遍。然后用套銅板手和專用工具將搖臂與作動(dòng)環(huán)的連接球頭螺栓拆除。利用銅棒銅錘沿著葉片軸向敲打、振動(dòng)，使其沿軸向滑動(dòng)。注意敲打的方位及力度，避免力度過(guò)大損害葉片。將處理過(guò)的葉片利用搖臂與作動(dòng)環(huán)固定，回裝搖臂與作動(dòng)環(huán)的球頭螺栓。全部恢復(fù)完畢后，當(dāng)用單手整體轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)環(huán)，可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)則說(shuō)明可調(diào)導(dǎo)葉的恢復(fù)到正常狀態(tài)。

2.3 點(diǎn)火試啟機(jī)實(shí)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)可調(diào)導(dǎo)葉一系列的檢測(cè)，確定故障原因是部分可調(diào)導(dǎo)葉的卡滯，維修后再次進(jìn)行點(diǎn)火啟機(jī)試驗(yàn)，索拉壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到了設(shè)計(jì)值，解決了動(dòng)力透平轉(zhuǎn)速低的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）可調(diào)導(dǎo)葉是影響燃?xì)廨啓C(jī)出力的重要因素，在日常的運(yùn)行維護(hù)中要重點(diǎn)關(guān)注可調(diào)導(dǎo)葉的工作狀態(tài)，保證良好運(yùn)行。

（2）處理可調(diào)導(dǎo)葉銹蝕卡滯問(wèn)題應(yīng)采取有針對(duì)性的合理措施，一方面是高溫浸泡，另一方面施加合理的振動(dòng)，但需注意浸泡溶劑應(yīng)為中性，避免傷害葉片。

（3）2次點(diǎn)火啟機(jī)必須要有一定的時(shí)間間隙，保障溫度值降到正常值時(shí)再進(jìn)行二次啟機(jī)。