MS500氣輪機常見故障及應對措施

寧 靜，楊永祥，李 明，諸 兵

（海洋石油富島有限公司化肥二部，海南東方 572600）

中國海洋石油富島有限公司化肥二部年產450kt合成氨、800kt尿素裝置，于2003年建成投產；合成氨裝置采用的是KBR（凱洛格布朗）工藝。空氣壓縮機是由GE公司研制、生產的MS5002型雙軸燃氣輪機驅動，該型機組總體技術先進，運行可靠，但在實際運行中，由于設備自身缺陷或工藝流程不合理，曾先后多次發生故障停機事故，嚴重影響了裝置的穩定運行。本文就MS5002型燃氣輪機存在的問題進行分析，并提出相應的改進處理措施。

1 防喘振閥PV1050卡澀故障

1.1 故障現象

化肥二部合成裝置二段爐工藝空氣由工藝空氣壓縮機101J提供，工藝空氣壓縮機四段出口工藝氣管線設有壓力控制閥PV-1050（12”），該閥同時作為壓縮機防喘振調節系統的一部分。為滿足壓縮機防喘振裕度的要求，正常生產中PV1050一直處于小開度放空（3%～10%）狀態，二段爐入口的流量波動比較頻繁，不利于裝置的穩定運行。另外長期小開度放空對調節閥的磨損較大，多次出現閥桿拉毛、閥門卡澀現象；2009年1月29日，出現閥門卡死無法調節，導致系統被迫停車132h，損失較大。

1.2 解決措施

為了防止防喘振閥PV1050再次出現卡死現象，對故障原因進行分析，發現主要原因是PV1050（12”）閥門長期小閥位狀態，且動作頻繁，導致閥門磨損較大。為此采取了改進措施，主要做法是：

增加103-D入口工藝空氣的壓力測量點PT-1050A，與控制器PIC-1050A及調節閥PV-1050A構成簡單控制回路，進行自動調節。這樣使PV-1050全關，避免了小開度放空，有效地改善了PV-1050運行條件，避免伐桿卡澀引起的停車事故，消除101J防喘振閥調節的不穩定，使101J輸出功率根據生產負荷調整，增加裝置運行穩定性、可靠性。

二段爐103-D入口壓力控制自動調節系統結構圖1。

圖1 調節控制結構圖

2 燃空比高位運行

2.1 故障現象

MS5002燃氣透平設置有燃料氣/燃燒空氣比值高聯鎖（P4PCC）為1.20。2015—2017，P4PCC一直在1.18～1.19左右高位運行，對系統影響較大。

（1）遇到終端天然氣組分波動時，需要經常大幅度減系統負荷，導致系統頻繁調整，產量下降，操作風險高，系統穩定性差；

（2）因P4PCC高位運行，燃氣透平IGV閥一直保持全開，導致燃氣透平能耗高，排氣溫度低，進入一段爐乏氣溫度低，增加燃氣消耗；

（3）因P4PCC在1.18～1.19高位運行，非常接近聯鎖值1.2，操作彈性小，系統多次天然氣組分波動導致P4PCC高聯鎖系統跳車；

（4）在2017年6月27日，P4PCC突然上漲至1.193左右，非常接近聯鎖值1.20.為了保證機組穩定運行，將系統負荷由69t/h降至66t/h運行，P4PCC降至1.18左右。機組的異常工況運行對系統燃氣消耗、產量產生巨大影響，是裝置長期穩定運行的瓶頸。

2.2 解決措施

根據理論依據：P4PCC是燃氣輪機控制閥后燃氣壓力GHP與軸流式壓縮出口燃燒空氣壓力CPD之比，具體公式是：

式中：P4PCC是燃空比、GHP是燃氣壓力、CPD是燃燒空氣壓力

經過分析研究，影響P4PCC變化的是燃氣壓力和空氣壓力，即P4PCC上漲原因可能是燃燒空氣壓力上漲，或者壓縮空氣壓力下降。針對此情況，通過反復查詢數據、趨勢對比，發現P4PCC上漲趨勢與燃氣壓力上漲趨勢基本一致，后通過反復對比歷史數據和檢修資料，并通過各種實驗，逐項排除了變送器故障、燃燒筒燃燒異常、速比閥堵塞、101J效率下降等因素，發現是因為天然氣中凝析油含量比正常值高，天然氣夾帶凝析油，在燒嘴內部的旋流器里結焦、結垢非常嚴重，導致燒嘴堵塞，使得燃氣壓力升高，最終使P4PCC大幅升高。

找到問題根源后，采取以下措施：（1）停車檢修均清洗燒嘴內部，防止燒嘴結垢、結焦；（2）停車檢修均進行離線清洗，離線清洗采用浸泡、多次清洗方式清洗；

（3）通過對燃空比設定值進行深入計算，多次與GE公司探討，最終將聯鎖設定值提高至1.28。

通過以上措施，不但徹底解決了燃氣透平長期高負荷運行的問題，還減少了燃氣消耗，提高了裝置運行負荷，增加了產量，并且消除了影響裝置長期運行的瓶頸難題。

3 壓縮機效率下降

3.1 故障現象

工藝空氣壓縮機是NUOVO Pignone Florence Italy生產制造的，由兩臺串聯的2MCL1007（101JLP）和2BCL457（101JHP）型離心壓縮機組成。在因外界原因長時間停機（大概30d）再次啟動后，發現機組做功效率較停車前嚴重下降（約有20%），經停機開缸檢查發現壓縮機隔板和葉輪銹蝕嚴重。分析原因是因為壓縮機隔板和葉輪均采用碳鋼材質，停機期間長期與空氣接觸產生銹蝕，影響機組做功效率。

3.2 解決措施

針對此情況，采取了一系列改進措施：

（1）首先是機組停機時通過缸體導淋連接N2氣管線對缸體進行保護，避免銹蝕。因充N2氣存在一定的安全隱患，又改為充儀表空氣保護，效果非常好。

（2）如機組開缸檢修，則對隔板和葉輪進行除銹處理。剛開始用人工除銹，工作量大，耗時長，效果不是很理想；后購買專用高壓噴槍，采用干冰清洗，效果非常好，省時省力。

經過以上措施，有效地解決了壓縮機因隔板和葉輪生銹導致效率下降的問題。

4 壓縮機段間冷卻分離器101JC1/2/3 液位聯鎖誤動作

4.1 故障現象

工藝空氣壓縮機101J共有3段入口冷卻分離器，分別為101JC1、101JC2、101JC3，每個冷卻器分離均有兩臺液位變送器分別用于報警和聯鎖。以3段入口冷卻器101JC2為例，有兩個液位變送器LT1136和LT1236，分別用于報警和聯鎖。兩變送器取壓點不同，流程如圖2。

圖2 段間冷卻分離器101JC2液位變送器流程圖

液位報警和聯鎖邏輯在Mark VI中實現，報警設定值80%，聯鎖設定值為90%。101J空壓機三個段間冷卻器液位聯鎖均為單點聯鎖，如果引壓部分堵塞或泄漏、變送器誤動作以及儀表回路出現故障，將引起101J機組聯鎖動作造成機組跳機，繼而造成化肥二部合成氨、尿素生產裝置停車。2010年12月21日曾出現工藝空氣壓縮機3段入口冷卻器液位高聯鎖變送器故障造成的裝置停車。

4.2 解決措施

（1）新增液位變送器LT1235A1236A1237A，應用LT1135/1136/1137引壓孔上原有三通取壓，并依據聯鎖液位變送器LT123512361237的量程進行重新標定。

（2）將段間冷卻器原報警液位變送器LT113511361137依據聯鎖液位變送器LT123512361237的量程進行重新標定，使相同冷卻器三臺變送器量程一致。

（3）新增液位變送器I/O組態及描述，新增差值報警事件記錄。

（4）修改Mark VI內部組態，將每臺冷卻器的三臺液位計測量值取中值后，分別與報警設定點70%以及聯鎖設定點90%進行比較，超過設定值產生報警或聯鎖；當三臺液位變送器中的任意兩臺出現故障報警時，引起聯鎖；當三臺液位計間的差值超過5%時，產生診斷報警。

經過以上措施后，完全解決了液位聯鎖誤動作故障。

5 結束語

通過近2a的實際運行，上述問題得到了有效的解決，機組運行更加安全可靠，目前，101JGT機組已連續運行300d。