焦爐氣離心壓縮機出口壓力偏離問題案例分析

王利勇 佟永龍 薛吉 趙錚

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽110869）

設計參數：本機組汽輪機驅動，壓縮機設計低、高壓缸，低壓缸二段6 級，高壓缸二段8 級，低壓缸二回一防喘振，高壓缸四回三防喘振。設計正常工況轉速9418rpm，一段進氣流量63200Nm3/h，進氣壓力5.5bar，進氣溫度40℃，一段出口壓力8.18 bar，出口溫度80.5℃；二段進氣壓力7.93bar，進氣溫度40℃，二段出口11.46bar，出口溫度77.6℃；三段進氣流量63200Nm3/h，進口壓力11.22bar，進氣溫度40℃，三段出口壓力20.48bar，出口溫度105.8℃；四段進口壓力20.24bar，進氣溫度40℃，四段出口壓力36bar，出口溫度107℃。

1 問題描述

機組負荷運行一年多，發現低壓缸在防喘振閥門開啟狀態下，出口壓力超設計值；而高壓缸在防喘振閥門微開狀態下，最終出口壓力逐漸降低，此時機組沒有降低負荷運行。數據如下：一段進口流量66600Nm3/h，二回一開度40%，進氣壓力5.71bar，進氣溫度25℃，一段出口壓力8.9bar，出口溫度71℃；二段進氣壓力8.87bar，進氣溫度24℃，二段出口13bar，出口溫度67℃；三段進氣流量48000Nm3/h，四回三防喘振開度2.5%，進口壓力12.9bar，進氣溫度25℃，三段出口壓力22.13bar，出口溫度104℃；四段進口壓力22.1bar，進氣溫度25℃，四段出口壓力17.7bar，出口溫度95℃。此時汽輪機主氣閥門全開。由于出口不達標，影響下游負荷生產。

2 排查方向

（1）排查機組儀表情況，是否具備合格的使用條件。排查控制系統顯示是否準確無誤。

（2）排查機組前期運行趨勢，對比趨勢查找原因。

（3）排查機組設計選型是否存在問題。氣動核算，對比理論核算出口條件與實際運行出口條件。

（4）排查氣源組分情況；工藝管線是否存在泄漏問題；工藝管線閥門是否發生泄漏（重點防喘振閥門及其旁路閥門）；下游管網背壓是否達標。

3 原因分析

（1）排查氣管路上壓力變送器及差壓變送器等儀表，儀表管線沒有漏點，安裝上不存在問題，校對相關儀表具備合格的使用條件。控制系統編程、組態不存在問題，可以確保畫面顯示數值正確。相關儀表電纜接線、通訊正常，沒有短接及虛接現象。故排除儀表原因引起控制畫面顯示數值不準確。

（2）機組初次負荷運行，此時由于下游負荷需求低，二回一防喘振閥門開度20%，四回三防喘振閥門開度20%，高壓缸最終出口壓力29bar。由于防喘振閥門處于開啟狀態，故最終出口壓力未達到設計要求。

①負荷運行6 個月數據，一段進口壓力5.72 bar，氣量59700Nm3/h，分子量接近設計值，一段進氣溫度30℃；二段出口13.32bar，二回一防喘振閥門13%；三段進氣壓力13.25 bar，三段氣量51500 Nm3/h，分子量接近設計值，三段進氣溫度28℃；四段進氣壓力22.3bar，四段進氣溫度27.5℃；四段出口壓力26.7 bar，四段出口溫度101.5℃，四回三防喘振閥門關閉。由此次運行數據可以看出：汽輪機主氣閥門全開，蒸汽條件在要求范圍，低壓缸壓比超出設計值，繼續關閉低壓缸防喘振閥門，低壓缸出口壓力繼續提升；而高壓缸壓比低于設計值較多，此時高壓缸防喘振閥門已完全關閉。

②負荷運行1 年數據，一段進口壓力5.58 bar，氣量60300Nm3/h，分子量接近設計值，一段進氣溫度29℃；二段出口12bar，二回一防喘振閥門36%；三段進氣壓力12.1 bar，三段氣量48900 Nm3/h，分子量接近設計值，三段進氣溫度24.5℃；四段進氣壓力19.5bar，四段進氣溫度24.6℃；四段出口壓力15.9 bar，四段出口溫度95℃，四回三防喘振閥門開度10%。由此次運行數據可以看出：開啟低壓缸防喘振閥門，二段出口壓調整至接近設計值；而高壓缸出口壓力仍無法提升，四段出口壓力甚至小于四段進口壓力。

根據上述運行趨勢，初步懷疑：壓縮機設計選型存在問題、高壓缸工藝管線發生泄漏、高壓缸防喘振閥門及旁路發生泄漏、下游管網背壓存在問題、壓縮機缸體內或管線存在堵塞現象，具體原因需要深入分析。

③核算機組設計選型上不存在問題，滿足設計規范及使用要求；同型號機組調閱其他現場使用情況，性能情況良好，故排除機組設計選型上的問題造成機組性能不達標。選取近期運行參數，根據實際運行進口條件理論核算，核算低壓缸出口數值及高壓缸出口數值均偏離畫面顯示值，即低壓缸出口壓力高于理論核算值，高壓缸出口壓力低于理論核算值。

④檢查提供給壓縮機的實際氣源組分，發現氣源較臟，含有大量焦油、粉塵等。現場檢查工藝管線無明顯泄漏現象，工藝閥門閥后使用測溫槍測量，均沒有較高的問溫度（閥門泄漏，閥后管線存在一定溫度），暫且可以排除工藝管線泄漏及閥門泄漏問題。檢查下游工藝一切正常，機組正在運行，無法定性判斷下游管網是否存在問題。

4 改進方案

機組進行閉式循環，檢驗壓縮機性能，首先降低機組負荷，關閉高壓缸出口閥門，低、高防喘振閥門全開。其次通過關閉防喘振閥門，先建立低壓缸壓比至設計條件，然后建立高壓缸壓比至設計條件。

（1）最終壓縮機組出口壓力可以達標，說明機組本體性能不存在問題，機組停機排查高壓缸四段管線及設備是否存在堵塞情況，確認工藝閥門是否存在泄漏，下游管網背壓是否達標。

（2）最終壓縮機組性能仍不達標，機組停機拆檢，查缸內葉輪、隔板等情況，如發生損壞返廠維修更換；如葉輪、隔板流道是否發生堵塞問題，即刻清洗、復查、回裝。

5 改進效果

機組經閉式循環檢驗發現性能仍不達標，故可以判斷高壓缸內部存在問題，即刻停機拆檢發現：葉輪、隔板流道內存在大面積堵塞現象，由此問題原因已判定。按計劃對高壓缸進行清洗、復查、回裝。再次啟車，機組可以在設計工況下穩定運行。

6 結語

本機組性能不達標問題原因：由于介質氣臟，導致高壓缸葉輪及隔板流道內發生堵塞問題，此時相關于增加低壓缸管網背壓，導致低壓缸在防喘振閥門開啟狀態下出口壓力已超設計值；同時由于高壓缸內發生堵塞問題，導致高壓缸出口壓力不達標。

本機組介質氣為焦爐氣，提供給壓縮機的氣源不純凈，其中焦油、粉塵等附著在葉輪及隔板流道內，不斷積累最終造成流道堵塞，導致機組性能降低，今后負荷投產過程中確保提供給壓縮機的氣源純凈。