硝酸一裝置汽輪機轉速波動分析與處理

范倫 李永水（遼陽石化分公司尼龍廠 遼寧遼陽 111003）

一.汽輪機及其故障簡介

尼龍廠硝酸一裝置汽輪機(N184)采用中壓蒸汽(MS)驅動，通過聯軸器帶動空氣壓縮機(C124)運轉，經壓縮機壓縮的空氣與氨氣反應生成一氧化氮，通過后續反應生成硝酸。生產過程中，通過調節蒸汽進氣閥的開度來控制空氣壓縮機轉速，從而調整生產負荷。當MS蒸汽波動影響生產時，需要通過調速器的調節來保證生產穩定。

硝酸一裝置N184-C124機組2009至2010年運行狀況不理想，自從2010年4月2日檢修開車后，機組轉速就時常出現波動。2009-2010年期間，因N184-C124機組故障造成裝置停車3次，其中2次造成閥桿斷裂。

二.汽輪機故障原因分析

為了制定出有效的防范措施和檢修方案，必須清楚故障原因，造成轉速波動的原因主要有三點：

1.裝置負荷調整

2.調速器故障

3.管網蒸汽壓力波動

以下，根據現場實際情況，分別對故障原因進行分析，找出真正的故障原因。

1、裝置負荷調整

仔細檢查控制室DCS記錄數據和生產指令記錄發現，三次停車當天均為做出負荷調整，因此排除負荷調整造成的轉速波動。

2、調速器故障

裝置停車后，將調速器拆下送至生產監測部轉機研究所，經專業人員解體后，發現離心飛錘—導閥組件，動力缸組件潤滑良好，潔凈無油污，零部件也無損壞，經仔細清洗后回裝，上試驗臺調校后一切參數正常，至此可以排除調速器故障。

3、管網蒸汽壓力波動

查看控制室透平崗位記錄數據，對照N184入口壓力與轉速數據看出，當N184入口壓力大于3.7MPa時，機組轉速偏移正常轉速8150較多，波動越明顯，，當N184入口壓力小于3.7MPa時，機組運行波動逐漸減小，當N184入口壓力在3.5MPa附近時，機組運行穩定。

分析DCS系統中壓力與轉速曲線圖可以看出，壓力在3.3MPa至3.8MPa之間波動，隨著壓力波動轉速存在一定波動。當壓力在3.5MPa或更低時，轉速維持在8130-8170左右，不會偏離正常轉速8150太多；當壓力大于3.5MPa時，此時轉速波動逐漸加大，當壓力在3.7MPa左右時，轉速達到8200RPM，當壓力達到3.8MPa時，轉速曲線驟升，壓力值已超出調速器工作范圍，蒸汽波動已不能被調速器所調節，轉速出現明顯升高，此時監測到機組振值明顯升高，威脅到機組安全運行。

綜上所述，可以判定造成調速閥桿斷裂的原因為：MS蒸汽壓力過高導致調速器工作不正常，引起調速閥桿頻繁上下竄動，造成閥桿疲勞斷裂。因此MS蒸汽壓力過高是造成裝置停車的直接原因。

三.汽輪機故障處理措施及節流孔板選型

根據以上分析，只需降低MS蒸汽壓力，就可從根本上解決汽輪機轉速波動現象。而MS蒸汽來源于蒸汽管網，經多個分支去往各個生產裝置，為了保持每個裝置的穩定生產，MS管網壓力不能隨意改動，因此，依靠降低管網MS壓力的方法是不現實的。只能采取措施來降低汽輪機入口管道的MS蒸汽壓力。

流體在通過裝有節流孔板的管道時，由于節流孔板的局部阻力而產生的部分能量損失使得通過節流孔板的流體壓力降低。車間技術人員多方面驗證后，決定采用節流孔板的節流作用來降低汽輪機入口MS蒸汽壓力。

1.節流孔板的選型

節流孔板在降壓精度不高的前提下使用。此次改造中，只需將MS蒸汽壓力降到3.4MPa左右即可滿足生產需要，不需要降低至一個精確的壓力值，所以可以選用節流孔板。

2.節流孔板孔徑的計算

MS蒸汽的各項參數如下：

壓力：3.6210MPa（表壓），3.7223MPa（絕對壓力），溫度：388.1℃，流量：28.83t/h，質量流速 G：453.4kg/m2.s，粘度 μ：2.72×10-2mpa.s（由溫度壓力表求得），Re=DG/μ=2.5×103，壓縮系數Z：0.9398，MS蒸汽絕熱指數k取1.3。

計算公式【1】如下：

由上述公式求得節流孔板孔徑d0=82mm

四.節流孔板使用效果

車間于2010年11月5日將節流孔板安裝于MS蒸汽入口管道上,安裝后壓縮機轉速未出現大的波動，轉速平穩，起到了良好的效果，解決了影響機組穩定運行的瓶頸問題。

[1]化工部工藝系統設計技術中心站.工藝系統工程設計技術規定[M].北京：化工部，1996,5.