急冷水透平泵EP-1203A/B 調(diào)速系統(tǒng)改造

王仁庶

（中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

EP-1203A/B 汽輪機(jī)為單級(jí)進(jìn)汽—背壓式透平，型號(hào)為NG25/20/0，額定轉(zhuǎn)速9412 r/min，額定功率468 kW，跳閘轉(zhuǎn)速10 871 r/min，調(diào)速器采用西門子SR4 全液壓型，配合液壓放大器、加速器、杠桿等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用機(jī)械式飛錘跳車保護(hù)機(jī)構(gòu)。

隨著工業(yè)生產(chǎn)管理要求的日益提高，對(duì)設(shè)備自身的安全性、可靠性、高效性也提出了更高的要求。目前機(jī)械式調(diào)速機(jī)構(gòu)已不能滿足生產(chǎn)使用需求，存在檢修安全性低、操作困難等問題。此外，由于該汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)非常老舊，液壓調(diào)速器零部件已無法采購到原型號(hào)備件，目前在國內(nèi)外行業(yè)中已被淘汰，急需進(jìn)行升級(jí)改造。

1 調(diào)速器發(fā)展史

調(diào)速器是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的重要設(shè)備，隨著汽輪機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，調(diào)速器也在逐步更新。20 世紀(jì)70 年代，調(diào)速系統(tǒng)都是杭汽自主設(shè)計(jì)的液壓調(diào)速系統(tǒng)KT3，70 年代末引進(jìn)西門子3系列技術(shù)以后，開始使用西門子液壓調(diào)速系統(tǒng)SR4。80 年代，隨著汽輪機(jī)調(diào)速器集成化的發(fā)展，杭汽與西門子同步使用WOODWARD 公司的機(jī)械液壓調(diào)速器PG-PL、UG8 等。80 年代末到本世紀(jì)初，WOODWARD 505 電子調(diào)速器使用量逐年增加，至1998 年使用率已經(jīng)上升到80%以上，機(jī)械液壓調(diào)速器逐漸被電子調(diào)速器取代。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及DCS 的發(fā)展，越來越多的機(jī)組采用美國TRISON 公司的ITCC 綜合控制系統(tǒng)，目前主要應(yīng)用于大型汽輪機(jī)設(shè)備。

2 電液調(diào)速系統(tǒng)概況

2.1 主要組成

電液調(diào)速系統(tǒng)主要由速關(guān)閥、速關(guān)組合件（含電液轉(zhuǎn)換器）、測速傳感器、高壓油動(dòng)機(jī)—調(diào)節(jié)汽閥、WOODWARD 505電子調(diào)速器、電子智能超速保護(hù)裝置組成。

2.2 調(diào)節(jié)原理

505 電子調(diào)速器將接收到的轉(zhuǎn)速信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出執(zhí)行信號(hào)（4～20 mA 電流）到速關(guān)組件，速關(guān)組件的電液轉(zhuǎn)換器將接收到的4～20 mA 電信號(hào)轉(zhuǎn)換成0.15～0.45 MPa 的二次油壓信號(hào)，二次油通過油動(dòng)機(jī)操縱調(diào)節(jié)汽閥的開度，從而控制蒸汽的進(jìn)汽量，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

2.3 油動(dòng)機(jī)

油動(dòng)機(jī)是調(diào)節(jié)汽閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將電液轉(zhuǎn)換器輸入的二次油壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為有足夠作功能力的行程輸出，從而操縱調(diào)節(jié)汽閥的開度。油動(dòng)機(jī)以汽輪機(jī)油為工作介質(zhì)，動(dòng)力油為0.8 MPa 左右的調(diào)節(jié)油。油動(dòng)機(jī)主要由動(dòng)力油缸、錯(cuò)油門、連接體和反饋機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 油動(dòng)機(jī)

2.4 錯(cuò)油門結(jié)構(gòu)及工作原理

2.4.1 結(jié)構(gòu)

錯(cuò)油門是油動(dòng)機(jī)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 錯(cuò)油門

2.4.2 工作原理

當(dāng)錯(cuò)油門處于平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，若工況突然發(fā)生變化，如機(jī)組轉(zhuǎn)速降低導(dǎo)致二次油壓升高，滑閥的力平衡改變使滑閥上移，于是，在動(dòng)力油通往油缸活塞上腔的油口被打開的同時(shí)，活塞下腔與回油接通，由于油缸活塞上腔進(jìn)油、下空排油，因此活塞下行，使調(diào)節(jié)汽閥開度加大，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量增加，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升。與此同時(shí)，隨著活塞下行，通過反饋板、彎角杠桿、反饋杠桿等的相應(yīng)動(dòng)作，使錯(cuò)油門彈簧的工作負(fù)荷增大，當(dāng)作用在滑閥上的二次油壓力與彈簧力達(dá)到新的平衡時(shí)，滑閥又恢復(fù)到中間位置，相應(yīng)調(diào)節(jié)汽閥開度在新的位置停止不動(dòng)，機(jī)組也就在新工況下穩(wěn)定運(yùn)行。如果出現(xiàn)二次油壓降低的情況，則各環(huán)節(jié)動(dòng)作與上述過程相反。

3 調(diào)速系統(tǒng)改造

3.1 改造內(nèi)容

拆除的舊部件包含西門子SR4 調(diào)速器、放大器、加速器、啟動(dòng)裝置、部分相關(guān)油路管道等；安裝的新部件包含505 調(diào)速器、E360電液轉(zhuǎn)換器、測速裝置、速關(guān)組合件、防爆接線盒、相關(guān)配套配件（支架、管接頭、儀表配件）等，同時(shí)安裝并更改部分油路管道。

3.2 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題

新調(diào)速系統(tǒng)安裝完畢后需進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，首先對(duì)電液轉(zhuǎn)換器的輸入電流與輸出二次油壓進(jìn)行調(diào)整，保證輸入的4～20 mA電信號(hào)與輸出的0.15～0.45 MPa 二次油壓相對(duì)應(yīng)。其次對(duì)二次油壓與油動(dòng)機(jī)的行程進(jìn)行調(diào)整，保證0.15～0.45 MPa 的二次油壓信號(hào)對(duì)應(yīng)油動(dòng)機(jī)活塞桿0～100%的行程。但在隨后的透平單試過程中出現(xiàn)了如下問題：

（1）EP-1203A 透平調(diào)節(jié)汽閥開度為50%時(shí)，通知計(jì)算機(jī)給定信號(hào)讓調(diào)解汽閥開度為100%，現(xiàn)場二次油壓表在0.4 MPa保持約5 min 才緩慢升到0.45 MPa，而非連續(xù)升到0.45 MPa。

（2）EP-1203A 二次油壓超過0.32 MPa 后開始波動(dòng)。

（3）EP-1203B 二次油壓超過0.4 MPa 后開始波動(dòng)，幅度明顯（約為0.02 MPa）。

（4）EP-1203B 透平調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)場二次油壓指示為0.1 MPa（實(shí)際應(yīng)為0.15 MPa），通知計(jì)算機(jī)給定全開信號(hào)后二次油壓升為0.45 MPa，再次給定全關(guān)信號(hào)后才降到0.15 MPa。

3.3 原因分析

首先對(duì)潤滑油進(jìn)行采樣分析，報(bào)告中潤滑油黏度、鐵譜、水含量等指標(biāo)均正常，排除潤滑油變質(zhì)的可能。其次對(duì)油路系統(tǒng)管線、電液轉(zhuǎn)換器、油動(dòng)機(jī)等進(jìn)行排查。最終在拆檢錯(cuò)油門時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有少量油泥堵塞進(jìn)油孔，導(dǎo)致滑閥非正常振顫、油壓波動(dòng)，造成調(diào)節(jié)汽閥開度不準(zhǔn)。對(duì)油泥進(jìn)行清理后問題消除，調(diào)速系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.4 改造前后比較

3.4.1 油路系統(tǒng)

原液壓調(diào)速系統(tǒng)中的一次油壓作為轉(zhuǎn)速測量值輸入到壓力變送器，壓力變送器與給定值彈簧共同作用，對(duì)比例杠桿產(chǎn)生一個(gè)作用力，該作用力再通過放大器轉(zhuǎn)換成二次油壓，驅(qū)動(dòng)油動(dòng)機(jī)工作。原油路系統(tǒng)極其復(fù)雜，現(xiàn)場空間狹小，漏油點(diǎn)多，班組處理難度大，給安全生產(chǎn)帶來隱患。本次調(diào)速系統(tǒng)改造后取消了一次油，其作用由相應(yīng)的4～20 mA 電流信號(hào)取代，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的二次油壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。用集成化的電液調(diào)速系統(tǒng)取代老舊的液壓調(diào)速系統(tǒng)，現(xiàn)場漏油點(diǎn)基本消除，保證裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)大大改善了現(xiàn)場面貌（圖3）。

圖3 改造前后面貌

3.4.2 升速曲線

原啟機(jī)過程分為冷態(tài)啟機(jī)和熱態(tài)啟機(jī)，兩者均是按照升速曲線連續(xù)升到額定轉(zhuǎn)速（圖4），其中冷態(tài)啟機(jī)需要20 min，熱態(tài)啟機(jī)需要10 min。目前的啟機(jī)方式存在一定弊端，為保證透平轉(zhuǎn)子各部位充分受熱膨脹、均勻變形，需進(jìn)行低速暖機(jī)和高速暖機(jī)。本次調(diào)速系統(tǒng)改造后，將透平設(shè)定在1200 r/min 低速暖機(jī)30 min，7059 r/min 高速暖機(jī)15 min（圖5）。

圖4 改造前升速曲線

圖5 改造后升速曲線

此外，原調(diào)速系統(tǒng)只能將轉(zhuǎn)速連續(xù)升到額定轉(zhuǎn)速9412 r/min后，再通過現(xiàn)場手動(dòng)方式進(jìn)行升、降速調(diào)節(jié)，且透平轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍較大，浪費(fèi)能源的同時(shí)，還增加了操作難度。改造后的調(diào)速系統(tǒng)，透平首先達(dá)到最小可調(diào)轉(zhuǎn)速7059 r/min，然后根據(jù)工藝需要，中控可直接進(jìn)行操作升到指定轉(zhuǎn)速，控制精度高達(dá)5 r/min。

4 結(jié)論

截至目前，EP-1203A/B 新調(diào)速系統(tǒng)已累計(jì)使用2 年，各項(xiàng)指標(biāo)平穩(wěn)。新調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命長，基本上不需要進(jìn)行維修，可減少備件儲(chǔ)備，大大降低后續(xù)成本。同時(shí)，啟機(jī)過程實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，給員工操作帶來便利，中間過程自動(dòng)執(zhí)行及邊界條件設(shè)定，也可有效防止人員誤操作。綜上所述，此次調(diào)速系統(tǒng)改造對(duì)裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行具有較為深遠(yuǎn)的影響。