汽輪機試車問題探析與解決措施

馬增良，馬文禮，劉俊生，王家興，陳 勇

（中國石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆克拉瑪依834003）

汽輪機是以蒸汽為工質，并將蒸汽的熱能轉化為機械能的旋轉機械，廣泛應用于化工企業［1］。文中對影響某公司裝置試車進程的關鍵機組汽輪機試車過程中的故障和難點問題及儀表聯鎖引起的非計劃停機事故進行深入研究，對采取的技術措施進行總結，提出汽輪機運行設備管理建議，以更好的為生產和提高設備管理水平服務。

1 汽輪機概述

此次試車機組為凝汽式汽輪機，采用WOODWARD Peak150數字電子調節器，并配有必要的保安裝置，以確保機組安全運行。為方便維護和監視，多種監視儀表及保安信號集中在就地儀表柜上。起動和停機都編制了程序，可在控制系統的前面板上直接操作，汽輪機調節系統原理見圖1。

圖1 汽輪機調節系統原理

2 汽輪機試車故障分析

此次試車汽輪機機組發生事故類型多，原因復雜，試車過程的故障詳情見表1。

表1 試車過程中的故障統計

2.1 汽輪機真空惡化

運行中汽輪機真空的好壞，不僅影響機組運行時的經濟性，而且影響到機組的出力和安全［2］。因此，各類凝汽式機組在運行規程中都規定正常運行中允許的真空最低值，K-404汽輪機的正常真空值規定為≥-0.075 MPa。

在試車過程中K-404汽輪機凝汽器真空緩慢下降，表現為汽輪機在同一負荷下的真空值緩慢下降，由-0.09 MPa下降到-0.069 MPa，并穩定在-0.069 MPa真空值上，排氣溫度由40℃升高68℃，排氣壓力增大。據統計，在試車過程中共發生過3起汽輪機真空惡化故障。

汽輪機真空度緩慢下降有5個原因。

（1）真空系統不嚴密，漏空氣；

（2）凝汽器水位高；

（3）凝汽器內循環水量不足；

（4）抽氣器不正常或效率降低；

（5）凝汽器銅管結垢堵塞或閉式循環冷卻設備異常［3］。

2.2 汽輪機本體和減速箱軸承振動值大

對K-404汽輪機機組進行了動態監測，發現汽輪機本體振動大，監測數據見表2。

表2 K-404汽輪機動態監測數據/（mm·s-2）

綜合分析表2數據表明：汽輪機前軸承和后軸承水平方向振動值偏大，分別在0.55和0.60以上，減速箱小齒輪前軸承水平方向振動值最大值為0.89，垂直方向振動值最大為0.67，減速箱小齒輪后軸承的振動也比較大，而振動值較大的軸承的溫度均超標，汽輪機的前徑向軸承、減速箱小齒輪前徑向軸承和后徑向軸承溫度分別為72℃、71℃、66℃，均超出了H報警值65℃。

2.3 汽輪機油路故障

汽輪機試車建油路過程中，高壓油油壓偏大，為0.559 MPa，；2次油壓0.442 MPa，偏大；速關油壓0.57 MPa，偏大；潤滑油壓不到0.1 MPa，偏小。據統計此次試車油路故障共發生過3起。

檢查雙聯過濾器后發現濾網前后壓差達到0.3 MPa，遠遠超出小于0.1MPa的規定值，潤滑油路系統（潤滑油壓），保安油路系統（速關油壓），調節油路系統（高壓油、2次油壓）3大油路系統都是直接由主油泵供油，其中1個油路系統（潤滑油路系統）堵塞，必然會造成其它2路系統的油壓（高壓油、2次油壓、速關油壓）升高，究其原因主要是：汽輪機油路系統經過跑油循環后，附著在管壁上的雜質未清除干凈，堵塞了雙聯過濾器的濾芯是導致此次油路事故的直接原因［4］。

2.4 轉數波動大

汽輪機經過大修后，低速暖機時轉數波動很大，轉速不能穩定在設定值1 500 rpm低速暖機，當達到2 600 rpm時才停下來開始暖機，在起機階段由于轉速波動很大，現場觀察為錯油門油動機滑閥位移上下移動頻繁，不具備開機條件［5］。

PLC程序設定1 500 rpm為汽輪機低速暖機轉速，轉數波動大有6個原因。

（1）信號干擾；

（2）液壓油油量不足、油壓不穩；

（3）運行初期的液壓油中含空氣；

（4）傳動間隙、磨損；

（5）油臟、I/H或錯油門卡澀；

（6）遙控轉速給定值波動。

經過分析并現場試驗，認為是錯油門卡澀的可能性最大。

2.5 汽輪機非計劃停車故障

第1次停機發生時：轉速為6 394 rpm，潤滑油壓未作記錄；第2次停機發生時：轉速為6 220 rpm，潤滑油壓為0.195 MPa；第3次停機發生時：轉速為6 180 rpm，潤滑油壓為0.194 MPa。

針對以上3次停機之后的分析，文中做了5個可能導致超速停機輸出的假設。

（1）對講機頻率干擾；

（2）PK150自身故障，導致其在工作一段時間后發出錯誤的停機信號；

（3）轉速探頭測量故障，在檢測轉速的時候不定時發出1個較高頻率信號，或者轉速探頭傳輸信號受未知干擾變形，使PK150誤認為實際轉速超速從而輸出停機信號；

（4）接地不好，由于PK150與汽輪機機柜的機殼相通，而汽輪機機柜內有220 V供電設備，而且機柜與旁濾機柜相通，旁濾機柜均220 V供電，導致其受到交流電干擾而發出超速信號；

（5）轉速探頭信號線靠近電氣控制室通過，受到電氣強電干擾導致傳入PK150的信號錯誤從而引起停機。

方玫突然動了一個念頭。她主動提出給徐東洗衣服。徐東那種驚喜的表情，讓方玫覺得很有趣，就好像發現了一個只屬于她的小秘密。

3 解決措施

3.1 汽輪機真空惡化的應對措施

通過頭發絲檢漏試驗，對所有和凝汽器連接的閥門與管線焊接處做試驗，并未找出泄漏點。排除原因（1）真空系統不嚴密漏氣；

在試車過程中投入使用LV-525熱井液位自動調節閥，從液位計顯示數據來看，凝汽器熱井液位始終保持在正常液位，DCS上顯示熱井液位并未發生異常，排除了原因（2）；

進入凝汽器循環水量通過FT-1407電磁流量計顯示始終保持在600 m3/h以上，凝汽器循環冷卻水供應量充足，排除了原因（3）；

試車時發現1級主抽氣器疏水回水至凝汽器管線是涼的，判斷有可能是疏水回水管線堵塞，但是經檢查完好；

接著把1級主抽氣器拆開后發現噴嘴口被焊渣堵塞，經清理后再次使用，凝汽器的真空度迅速上升到先前的正常真空度值-0.09 MPa，問題得已解決。

3.2 汽輪機和減速箱軸承振動值大的應對措施

通過測定汽輪機各個部件和軸承的振動值，并與額定工況時允許值作對比分析，查出振動大的部位為汽輪機減速齒輪箱部位，開箱檢測時發現減速箱內高速軸上有裂紋，測定軸的彎曲度值正常，進而作動平衡試驗，發現轉子不平衡，在高速下找回轉子動平衡，再次運行時動態監測數據顯示振動值明顯減小［6］，具體振動數據見表3。

表3 K-404汽輪機動態監測數據/（mm·s-2）

3.3 汽輪機油路故障的解決措施

更換濾芯后潤滑油壓力正常，雙聯過濾器前、后壓差在0.04 MPa，高壓油、速關油和2次油壓回到正常值，分別為0.51 MPa、0.52 MPa、0.156 MPa。

3.4 轉數波動大的解決措施

拆下錯油門油動機進行油路檢查，清洗錯油門油動機后再次開機，開機正常，轉速曲線呈遞增趨勢。

錯油門油動機是調節系統中的傳動放大機構，通過錯油門油動機傳動放大后的油壓來控制調節閥的開度以控制進氣量來控制汽輪機的轉速，當錯油門、油動機發生卡塞，調節氣閥進氣量不均勻，造成轉速波動大［7］。

當進氣壓力在一瞬間突然增大突破卡塞活塞的摩擦力時，調節氣閥會突然增大，導致進氣量瞬間增多，轉速突然增加躍居到DCS顯示的峰值。

3.5 汽輪機非計劃停車自控原因分析

（1）汽輪機控制柜接線中，停機電池閥2225的供電回路由K4、K5繼電器的常閉觸點串聯而成，導致停機電磁閥失電必須由繼電器K4、K5得電常閉觸點斷開引起。而K4、K5繼電器得電又由繼電器K1、K2、K3得電或者PLC的K3.0、K3.1端子通路引起。因此由此可排除K4、K5繼電器線圈端信號線松動引起停機的可能性；

（2）Peak150的14號 端 子 為PLC輸 入 到peak150的外部跳閘命令，如果此回路線松動可能導致停機；另外停機電磁閥2225回路線路松動也可能導致電磁閥失電停機。但是在測試過程中仔細檢查線路并無松動，而且在peak150以及汽輪機機柜復位狀態下斷開上述回路之后，peak150輸出停機信號，提示1（外部停機），但并不向DCS輸出超速停機信號。而且每次停機之后將peak150以及汽輪機控制柜復位之后均能夠順利開啟汽輪機。因此判斷也不會是此回路的線路問題；

（3）在汽輪機開啟狀態并且轉速在5 900 rpm的情況下，拆除轉速探頭1的線，Peak150報轉速探頭1故障，并向DCS輸出轉速探頭故障提示，但顯示轉速并無太大變化；同樣方法拆除轉速探頭2的信號線后效果一樣。由此排除停機由轉速探頭故障引起的可能；

（4）汽輪機潤滑油油壓低低停機聯鎖值為0.03 MPa，3次停機的潤滑油壓均未達到聯鎖值，做潤滑油壓低低鎖停機測試并不提示超速停機。

針對先前可能導致超速停機輸出的假設，采取以下措施來驗證：

（1）汽輪機在啟機狀態下操作人員在室內PK150附近以及到現場轉速探頭附近使用對講機，結果系統運行正常。因此可以排除汽輪機停機由對講機頻率干擾引起的可能性；

（2）儀表人員將原系統PK150更換為新設備之后開機。不久再次發生超速停機，現象與之前的停機現象完全一致（停機轉速6 160 rpm；潤滑油油壓0.143 MPa；2次油壓0.344 MPa）。由此排除原用PK150自身存在故障的可能性；

（3）針對轉速探頭存在故障的可能性，對原用的3個探頭進行了整體更換。10月14日開機，10月16日超速停機，現象依然與之前停機現象完全一致（停機轉速6 110 rpm；潤滑油油壓0.143 MPa；2次油壓0.340 MPa），由此排除了轉速探頭存在故障的可能性；

（4）10月17日電修檢查接地正常，電修安全地與儀表保護地均符合接地要求，再次檢查接地線，確認無誤再次開機。10月22日停機，現象依然與之前停機現象完全一致（停機轉速6 128 rpm；潤滑油油壓0.142 MPa；2次油壓0.341 MPa）。因此排除了接地存在問題的可能性；

（5）10月22日重新放置轉速探頭信號電纜，該電纜距離電修機柜室5 m，廠家自帶示波器查看轉速探頭所測信號，經示波器顯示轉速探頭信號為標準正弦波并且看不出有強干擾導致波形變形的現象。開機之后10月23日再次停機，現象依然與之前停機現象完全一致（停機轉速6 092 rpm；潤滑油油壓0.140 MPa；2次油壓0.340 MPa）。由此排除了轉速探頭信號由信號線上干擾以及波形變形引起停機的可能性；

（6）10月31日檢查汽輪機齒輪箱后再次開機時無法正常開機，體現為升速時轉速劇烈波動，之后達到PK150設定的底限值視為無轉速從而輸出無轉速停機。同時現場檢查汽輪機錯油門動作存在卡澀現象，于是清洗錯油門后開機，運轉20 d后再次停機，現象仍然與之前停機現象完全一致（停機轉速6 276rpm；潤滑油油壓0.138 MPa；2次油壓0.365 MPa）。

3.6 停機聯鎖整改措施

（1）由于PK150系統本身具有將轉速信號用4～20 mA標準信號輸出的功能，并且該信號已引入DCS進行監控，因此將原本由PK150完成的超速跳閘功能改為由DCS根據PK150傳輸過來的轉速信號實現。

將DCS接收的轉速值的高高報警設定為超速停機設定值6 900 rpm。當DCS中轉速達到停機設定值時邏輯輸出一開關閉合信號，將DCS轉速發生高高報警時的開關信號并聯至原PK150超速停機線路上以共同驅動K2繼電器實現停機。由此更改則保留了PK150自身的手動停機以及無轉速停機功能，當PK150與DCS任一位置輸出停機信號時均會發生停機；

（2）修改PK150的超速停機設定值達到最大的15 000 rpm，避免PK150因為未知干擾而誤輸出停機指令；

（3）由于PK150在只有1只轉速探頭信號正常的情況下依然可以對汽輪機轉速進行正常控制，因此，此次仍然只用1只轉速探頭信號進入起控制的PK150，另1只轉速探頭信號則進入另1臺用于參照的PK150，該PK150只用于顯示轉速，不做控制。

經以上整改措施之后該裝置汽輪機一直運行正常，無意外停機發生，汽輪機試車過程中遇到的近20次儀表連鎖非計劃停車事故得以解決，汽輪機試車成功標志著該裝置開工正常。

4 結束語

此次汽輪機試車過程中出現事故類型較多，原因復雜，經過深入研究，根據其表現出來的不同特點，加以分析判斷，終使問題成功解決，為關鍵設備汽輪機的運行管理提供了可借鑒的經驗。