循環(huán)氫壓縮機(jī)停機(jī)原因分析及處理方法

文/丁一剛

蠟油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)故障排查與處理的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)——循環(huán)氫壓縮機(jī)接連停機(jī)，均為速關(guān)油異常失壓后速關(guān)閥關(guān)閉導(dǎo)致汽輪機(jī)動力蒸汽被切斷，引發(fā)聯(lián)鎖。本文以查找速關(guān)油失壓原因?yàn)榫€索，對速關(guān)閥、速關(guān)組件、危急遮斷油門及機(jī)械飛錘等進(jìn)行故障排查，總結(jié)了速關(guān)油路故障判斷和處理方法。

蠟油加氫裝置（150萬t/a）的循環(huán)氫壓縮機(jī)是由BCL406型壓縮機(jī)與NG25/20型拖動汽輪機(jī)組成，是煉油裝置的核心關(guān)鍵設(shè)備，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行是加氫裝置的重中之重。機(jī)組于2012年11月投入運(yùn)行，期間運(yùn)行基本穩(wěn)定。2020年12月完成大修，大修后汽輪機(jī)單機(jī)試運(yùn)正常。機(jī)組開車后分別于12月10日、19日和20日3次發(fā)生突然停機(jī)，給裝置運(yùn)行造成波動。

停機(jī)原因分析

停機(jī)趨勢分析

該 汽 輪 機(jī) 于2020年12月5日單機(jī)試運(yùn)，靜態(tài)試驗(yàn)正常，機(jī)械超速試驗(yàn)跳閘轉(zhuǎn)速記錄為13 889 r/min（電超13703/銘牌機(jī)超13956），超速-67 r/min，單機(jī)試驗(yàn)正常。

機(jī)組突停后各路油壓趨勢見圖1，停機(jī)前動力油壓、速關(guān)油壓（2020年12月19日停機(jī)后新增趨勢）、二次油壓、機(jī)組轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)閥輸出值趨勢，并結(jié)合SOE事件記錄可見：在轉(zhuǎn)速突然下降時刻，機(jī)組未收到任何儀表停機(jī)信號，僅收到速關(guān)閥關(guān)閉回訊，說明速關(guān)閥已關(guān)，此刻調(diào)速系統(tǒng)檢測到機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速后不斷增大輸出。

表 1 汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

圖 1 停機(jī)過程中各油壓趨勢

因二次油壓油源自速關(guān)油，并隨速關(guān)油失壓同步下降，約20 s后（轉(zhuǎn)速持續(xù)下降）觸發(fā)調(diào)節(jié)汽閥輸出開度＞40%且轉(zhuǎn)速＜500 r/m聯(lián)鎖條件，觸發(fā)機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)。

經(jīng)過對各油壓表、現(xiàn)場監(jiān)控等考證，判斷為速關(guān)油異常失壓才可能導(dǎo)致機(jī)組先開始轉(zhuǎn)速下降，再引發(fā)聯(lián)鎖，因此速關(guān)油失壓為停機(jī)直接原因。

經(jīng)儀表專業(yè)排查，未發(fā)現(xiàn)儀表誤動信號。2020年12月19日更換停機(jī)電磁閥后，2020年12月20日機(jī)組再次停機(jī)。

從油壓變化過程看，速關(guān)油壓失壓速度屬于快速失壓（2s內(nèi)），推測通過系統(tǒng)液壓元件滲漏的可能性較小，且機(jī)械故障一般具有不可逆性，從幾次開機(jī)后可正常運(yùn)行一段時間看，速關(guān)油因調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)故障快速泄壓可能性更大。

排查速關(guān)油失壓

圖2可見，速關(guān)油失壓可能的部位有速關(guān)閥、速關(guān)組件（手動停機(jī)閥、儀表停機(jī)電磁閥）、危機(jī)遮斷油門組件和危急保安器（下文稱機(jī)械飛錘）。

圖 2 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)油系統(tǒng)圖

排查速關(guān)閥與速關(guān)組件

對速關(guān)閥進(jìn)行密封性試驗(yàn)，通過緩降速關(guān)油壓力（控制油壓）標(biāo)定出速關(guān)閥彈簧動作油壓為0.34 MPa，同時在正常操作時速關(guān)閥開啟及關(guān)閉速度均正常，因此判斷速關(guān)閥性能正常，排除速關(guān)閥產(chǎn)生泄壓的可能。

速關(guān)組件用于汽輪機(jī)就地啟動、停機(jī)、速關(guān)閥聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)及危急診斷油門自動掛鉤。從圖1趨勢中速關(guān)油失壓速度極快，且儀表更換停機(jī)電磁閥后機(jī)組再次停機(jī)情況看，基本排除速關(guān)組件故障。

排查機(jī)械飛錘

機(jī)械-液壓式危急遮斷油門是汽輪機(jī)機(jī)械保護(hù)裝置（見圖3），當(dāng)汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障需要緊急停機(jī)時，可通過拍動手柄（部件1）使速關(guān)油E與回油口T相連，泄放速關(guān)油使速關(guān)閥關(guān)閉。當(dāng)機(jī)組超過設(shè)定轉(zhuǎn)速時，機(jī)械飛錘快速擊出打在掛鉤（部件15）上，同樣使速關(guān)油泄放速關(guān)閥關(guān)閉。

機(jī)械飛錘是汽輪機(jī)械式超速保護(hù)裝置，飛錘和配重銷質(zhì)心與轉(zhuǎn)子中心存在偏心距，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時飛錘將產(chǎn)生離心力。

在正常轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，彈簧力恒定且始終大于飛錘的離心力，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超出設(shè)定值時離心力將大于彈簧力，飛錘在離心力作用下產(chǎn)生位移從而擊打在部件掛鉤，使油門脫扣關(guān)閉速關(guān)閥與調(diào)節(jié)汽閥。

將機(jī)械飛錘拆解后確認(rèn)，該部件的限位螺釘、飛錘錘頭均未凸出軸表面，限位螺釘、騎縫螺釘完好，導(dǎo)向套、彈簧等零部件完好。從危急遮斷器掛鉤擊打痕跡看，可見清晰擊打印痕，極有可能是飛錘誤動作所致。分析可能是在第一次機(jī)械超速試驗(yàn)以后飛錘未回座，導(dǎo)致偏心距偏大，會造成飛錘提前出擊，產(chǎn)生誤操作造成機(jī)組停機(jī)。

排查危急遮斷油門本體

從危急遮斷油門工作原理看，若圖3中的滑閥（部件6）凸肩密封面的密封性差，或孔板（部件13）堵塞，可能會導(dǎo)致速關(guān)油壓不穩(wěn)，但從停機(jī)前速關(guān)油壓趨勢來看油壓是穩(wěn)定的。從多次試驗(yàn)及開機(jī)情況看，可正常掛擋，穩(wěn)定運(yùn)行一段時間，可判斷本體滑閥的工作狀態(tài)基本穩(wěn)定。

在檢查掛鉤（部件15）與轉(zhuǎn)子的間隙時，發(fā)現(xiàn)間隙過小只有0.1mm，安裝標(biāo)準(zhǔn)間隙為0.5～0.7mm。危急遮斷器底座帶有雙定位銷，按原有底座銷孔位置已不能保證安裝間隙，應(yīng)急取消了底座定位銷，通過鉆大鎖定螺栓孔，調(diào)整底座位置才保證了安裝間隙達(dá)標(biāo)。

分析結(jié)果與處理措施

分析結(jié)果：處理后已平穩(wěn)運(yùn)行3個月，基本排除速關(guān)閥、速關(guān)組件和儀表控制系統(tǒng)問題，可確認(rèn)故障部件為機(jī)械飛錘或危急遮斷油門組件。機(jī)械飛錘常見失效部件為彈簧“松弛”或飛錘擊出后未完全回座，這兩種情況都會造成提前擊出，使關(guān)油泄壓關(guān)閉速關(guān)閥。

檢查出危急遮斷器的掛鉤與轉(zhuǎn)子間隙過小，轉(zhuǎn)子稍微波動會引發(fā)速關(guān)油泄壓關(guān)閉速關(guān)閥，因機(jī)械飛錘多次擊打?qū)е聮煦^系統(tǒng)傳動銷變形，使掛鉤與轉(zhuǎn)子間隙變小。

轉(zhuǎn)子中心發(fā)生移動，顯示因軸承箱拉桿螺栓松動，熱膨脹后會使轉(zhuǎn)子發(fā)生微量偏轉(zhuǎn)，使飛錘與掛鉤距離變小，造成提前接觸停機(jī)。危急遮斷器滑閥因異物或密封面不嚴(yán)，雖未造成掛閘異常，但容易造成密封面脫開致使速關(guān)油突然失壓。

圖 3 危急遮斷油門結(jié)構(gòu)

處置措施：鑒于該機(jī)組有獨(dú)立三取二電子超速保護(hù)和控制系統(tǒng)超速保護(hù)系統(tǒng)，按規(guī)范可取消危急遮斷油門。為盡快恢復(fù)生產(chǎn)，本次搶修取出機(jī)械飛錘內(nèi)配重銷并固定危急遮斷油門手柄，既取消機(jī)械飛錘和危急遮斷油門功能，機(jī)組目前運(yùn)行正常。

結(jié)語

判斷汽輪機(jī)液壓系統(tǒng)問題較復(fù)雜，應(yīng)梳理故障現(xiàn)象，嚴(yán)格按系統(tǒng)工作原理逐步排查。但要考慮難易程度，一般儀電專業(yè)最容易排查，宜先采取試驗(yàn)措施，例如增設(shè)速關(guān)油模擬量監(jiān)控、更換停機(jī)電磁閥等措施，可幫助監(jiān)控分析、快速排除故障點(diǎn)。故障分析盡可能進(jìn)行量化分析，通過數(shù)據(jù)、趨勢對比能直接發(fā)現(xiàn)問題。大型離心機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行不僅關(guān)系到裝置長周期穩(wěn)定生產(chǎn)，更關(guān)系到運(yùn)行安全。汽輪機(jī)液壓控制系統(tǒng)安保系統(tǒng)是確保機(jī)組安全運(yùn)行的根本，嚴(yán)格檢查檢修尤為重要，應(yīng)制定嚴(yán)格檢修標(biāo)準(zhǔn)，做好機(jī)組EH系統(tǒng)相關(guān)調(diào)試工作，從而保證石化生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。