透平機異常現象的原因分析及處理

(中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154109)

中海石油華鶴煤化公司以煤為原料年產300 kt合成氨，520 kt大顆粒尿素。全廠工藝使用的大型透平壓縮機共四臺，分別是空壓機、二氧化碳壓縮機、氨氣壓縮機、合成氣壓縮機。作為連續生產裝置，大型機組是關鍵設備，是屬全廠核心地位的設備，造價較高，附屬設備多，控制保護系統復雜。一旦出現系統聯鎖或機組跳車，將造成裝置停產，出現故障后恢復較困難且恢復時間長。現結合透平壓縮機的運行情況，對我公司大型機組試車和運行中存在的問題進行分析，為今后的生產提供借鑒和幫助。

1 汽輪機轉數波動問題

1.1 調速系統介紹

機組調速系統基本控制原理如圖1所示。PEAK150設為定轉速方式運行，兩個電磁式傳感器(以下簡稱MPU)將檢測到的轉速頻率信號送入PEAK150，經過頻率/電壓轉換后，由高選器(HSS)進行高選，高選后的信號參加PID調節，根據不同的設定采用不同的升速曲線對轉速的輸出進行控制。PEAK150的輸出電流信號經過電液轉換器轉換成對應的脈動油壓(二次油壓)信號，通過二次油壓的改變控制調速汽門錯油門及油動機行程，油動機行程對應調速汽門的開度，從而控制進入汽輪機的新蒸汽流量，達到控制轉速的目的。該機組的負荷采用轉速和防喘振閥門共同調整。當需要增加負荷時，操作升速鍵(RAISE)，PEAK150的輸出電信號增加，二次油壓升高，調門開度相應開大，蒸汽流量增大，轉速升高；當減小負荷時，操作降速鍵(LOWER) ，PEAK150的輸出電信號減小，二次油壓降低，調門開度相應關小，蒸汽流量減少，轉速降低，從而達到控制汽輪機轉速的目的。

1.2 異常現象

汽輪機額定轉數5 150 r/min，正常工作轉數范圍4 200～5 408 r/min。使用初期轉數非常穩定，偶爾波動幅度是±5 r/min。但是正常穩定運行一個月后，2013年6月1日汽輪機轉數大幅波動，最大幅度達到±200 r/min，離心式壓縮機排氣壓力隨之波動，給化工生產帶來極大不穩定因素。停車后車間多次對調速系統重要元件電液轉換器進行火油清洗，但效果不理想，甚至一次開車中無法正常升速。裝置已經不能維持原負荷正常生產，為此公司決定聯系汽輪機生產廠家——杭汽，檢修汽輪機。

1.3 原因分析與解決方法

影響轉數波動的外因有蒸汽壓力、蒸汽溫度、離心式壓縮機負荷。內因有PEAK150輸出控制電液轉換器的電流、二次油壓信號、電液轉換器和錯油門等。

圖1 調速系統控制原理圖

1.3.1外部因素

當蒸汽壓力或者溫度突然升高或下降時，由于閥門開度不變，進入調速氣閥的蒸汽熱值發生變化，會影響轉速。同樣，當離心式壓縮機負荷突然改變時，由于影響到汽輪機的出力，也會對轉速造成很大的影響。于是協調鍋爐車間穩定蒸汽壓力和溫度，以及協調前后車間穩定離心式壓縮機進口和出口壓力。發現轉數大幅度波動情況仍然存在，因此排除外因的影響。

1.3.2內部因素

PEAK150輸出的控制電液轉換器電流、二次油壓信號，調節油的油質，電液轉換器和錯油門等對轉數都有影響。

(1)對PEAK150輸出控制電液轉換器接線進行了全面的檢查。檢查整個回路接線是否有松動，PEAK150的輸出電流是否正常。經過檢查確定PEAK150工作比較穩定和正常，因此排除了儀表故障對轉數的影響。

(2)測試二次油壓信號范圍是否在0.15～0.45 MPa過程中，發現在0.41～0.45 MPa間瞬時劃過，無線性。因此決定改變對應范圍，在0.10～0.40 MPa。說明二次油壓信號異常是導致汽輪機轉數波動的原因之一。

隨后廠家人員拆開錯油門取出滑閥，發現三個甩油孔有一個堵塞，最后用軟鐵絲透通，再用干凈氣體將內部雜質吹除后清洗回裝。油路系統開車前油洗效果較差，導致雜質進入汽輪機調速系統(電液轉換器、錯油門)。而電液轉換器油孔和錯油門滑閥甩油孔非常細小，大于5 μm的雜質就會堵塞油孔。說明錯油門滑閥甩油孔堵塞是導致汽輪機轉數波動的原因之一。

2 汽輪機熱井液位波動問題

2.1 汽輪機冷凝系統介紹

冷凝系統包括凝汽器(熱井)、冷凝水泵、冷凝水泵出口調節閥。熱井液位由進、回水調節閥共同控制，冷凝水泵功率和出口壓力不變。汽輪機使用初期熱井液位非常穩定，偶爾波動幅度是±1%，即便是調整汽輪機轉數，進、回水閥門共同調整，熱井液位始終穩定在設定值45%。

2.2 異常現象

熱井液位正常穩定持續一段時期后，在并未調整汽輪機負荷的情況下，從2013年5月5日早8：00起熱井液位出現大幅度波動，最大幅度達到±25%，以至于液位達到75%，聯鎖動作，備用冷凝水泵自啟動。這種情況嚴重影響了機組正常運轉，必須及時查明原因并處理。

2.3 原因分析與解決方法

影響熱井液位波動的原因有冷凝水泵機械故障，冷凝水泵出口調節閥故障，冷凝液管網壓力過高或不暢通，熱井液位計故障。

(1)聯系維修鉗工、電工、操作工聯合對冷凝水泵及電機軸承溫度、震動、運行情況進行檢查，確認運行正常，排除了冷凝水泵機械故障影響熱井液位。

(2)對冷凝水泵出口調節閥氣源、閥位開關情況進行檢查，確認正常，排除了冷凝水泵出口調節閥故障影響熱井液位。

(3)聯系調度檢查冷凝液管網管路是否暢通，閥門開度是否到達要求，出水量是否正常。確認運行正常，排除了冷凝液管網壓力過高或不暢通影響熱井液位。

(4)對液位變送器進行檢查。本熱井設置兩個液位計，磁翻板液位計和玻璃板液位計，熱井液位測定由磁翻板液位計傳輸信號至主控室，正常情況下玻璃板液位計顯示水位應該和磁翻板液位計顯示一致。但是巡檢人員到達現場對比兩個液位計，發現玻璃板液位計液位持續下降，磁翻板液位計劇烈波動。因此造成液位劇烈波動的根本原因是磁翻板液位計失靈，而當備用冷凝水泵自啟動后水位迅速下降，玻璃板液位計顯示的才是真實的熱井液位。

由于疏水系統屬于負壓區，若磁翻板液位計法蘭密封面存在泄漏，空氣會吸入，會影響磁翻板液位計的浮子正常位置，造成液位計顯示波動，熱井液位隨之波動，而一旦法蘭面密封效果不好又不容易發現。知道了問題的原因，立即停掉備用運行的冷凝水泵，進、回水液位改為手動控制；對液位計法蘭面進行緊固，并涂抹黃油密封，直至10：00液位穩定正常。

3 結 語

本次對汽輪機調速系統和冷凝系統消缺優化后，壓縮機可以滿負荷運行，汽輪機運行轉數穩定。通過上述介紹我們知道，一個小小的雜質就會造成轉數的波動，一個法蘭面泄漏就會引起液位的波動。化工生產的特殊性要求我們防微杜漸，細節決定成敗。另外，密切結合現場實際，多方面、多專業、多角度考慮問題，只有多增進學科間的融合才能更好地解決各種故障和難題。