索拉壓縮機組動力透平轉速低故障分析與處理

孫志廣，侯大立

（1.中國石油天然氣銷售東部公司，上海 200120；2.上海應用技術大學機械工程學院，上海 201418）

0 引言

隨著國內天然氣長輸管道的迅速發展，作為管道心臟的壓縮機越來越多的安裝到管線上。燃氣輪機驅動壓縮機組是國外長輸天然氣管線上的主要增壓方式，廣泛應用在國內的天然氣管道上。索拉燃驅機組由于性能穩定、安全可靠等優點在國內油氣管道應用較多。燃驅機組的出力直接決定了壓氣站的出口壓力，影響管輸量，從而影響到下游用戶的用氣和管輸企業的經濟效益。以中國石油西氣東輸某站索拉機組為例，對出現的動力渦輪轉速低、出力不足問題進行故障分析與處理。

1 動力透平轉速低的故障分析

西氣東輸某站壓縮機組燃氣輪機型號Solar TAURUS 60，壓縮機型號Dresser-Rand CDP-416。某次啟機點火過程中發現，最終燃氣發生器轉速達到了設計值的95%，但動力渦輪轉速僅僅達到設計值的49.3%，造成機組出力嚴重不足。故障處理應從運行數據和故障現象開始查起。經過調取各種參數分析，認為造成該問題的可能原因：淤可調導葉未打開；于放氣閥關閉不嚴；盂燃氣發生器葉片灰塵較多；榆進氣濾芯堵塞；虞聯軸器脫扣。

為了徹底解決該問題，對造成該問題的可能性進行詳細排查。通過之前對放氣閥和進氣濾芯的拆卸檢查，首先排除了放氣閥關閉不嚴和進氣濾芯堵塞的可能。原因重點針對可調導葉、燃氣發生器葉片臟、聯軸器脫扣等展開調查。

2 故障診斷與排除

2.1 燃氣發生器的檢測與故障排查

（1）孔探檢測

孔探檢測是機械故障診斷的重要技術,對于正確評估機械的內部損傷,適時進行修理具有重要意義。但是孔探圖像的損傷評估往往依賴豐富的專家知識。由于燃氣發生器的葉輪處于不可見位置，所以對其進行孔探檢測。孔探照片如圖1所示。

對燃氣發生器孔探檢測發現部分葉片存在磨損，且表面較臟，分析原因為機組運行時間較長，總共運行25 954 h，且未進行過返廠大修，部分葉片銹蝕嚴重。分析原因為機組停用時間較長，長時間未運行，且長期處于潮濕環境中。

通過對燃氣發生器的孔探檢查發現了燃氣發生器的葉輪存在磨損與腐蝕現象，在一定程度上降低了機組效率，影響動力透平轉速。

（2）制作專用工具清洗燃氣發生器

經過分析可知，當燃氣發生器的葉輪表面存在大量灰塵時，在一定程度上阻礙葉輪的轉動，為了排除燃氣發生器葉片臟污的原因，需對葉片進行清洗。為了便于操作制作專用工具。

圖1 孔探照片

水洗專用設備（圖2）：1個水桶，用于配比清洗液；1根硬質蛇皮管，一端連接水桶，一端連接1 m長的1/2英寸白鋼管；1根軟管，一端連接儀表風，另一端連接20 cm長的1/4英寸白鋼管，且白鋼管深入到硬質蛇皮管靠近長白鋼管側。

清洗原理：通過壓縮空氣使清洗液（或水）霧化成小水滴，在氣流帶動下噴射到燃氣發生器入口。

清洗過程：打開排污閥門，拆除相關管線。拆下主燃料氣管線、壓氣機后端擴壓器上密封氣（Pcd）排氣管線、壓氣機后端擴壓器上到燃料控制閥的排氣壓力管線、燃燒室下方排污管線等。使用ZOK27清洗液，與水按1:4的比例配比清洗液30 L。

從監視畫面MAINTENANCE（維修保養）界面啟動“TEST CRANK”，當啟動馬達拖動壓氣機旋轉后對壓氣機進行拖動清洗。用配比好的清洗液清洗一次，然后靜置30 min，使清洗液與葉片充分的浸泡。注意在拖動清洗前，一定要將發動機停機并先將發動機冷卻，待溫度降下來后再啟動馬達。

使用清洗液清洗后靜置30 min，再用蒸餾水進行沖洗，每次沖洗后都要保存一定清洗廢液用以判斷是否清洗干凈。不斷重復以上過程，直到清洗干凈為止。

經過啟機測試，發現動力透平仍然存在轉速低的問題，排除燃氣發生器葉片臟的誘因。

圖2 自制清洗設備

2.2 可調導葉系統的檢測與分析

可轉導葉系統是為了保持壓氣機在啟動、加速和正常運行期間最大機組性能而設計的。該系統是一個電動控制、液壓執行機構，通過改變入口導葉、第一級靜葉和第二級靜葉的入口角，以使壓氣機的低壓級和高壓級在空氣動力方面相互匹配，從而達到保持壓氣機最大性能的目的。葉片有開和關2個位置，葉片位置的變化影響空氣流過旋轉葉片的入口角，對于任一具體的壓氣機而言，葉片入口角決定級的壓氣特性。通過改變葉片的位置，使處于臨界狀態的各低壓級葉片重新排列組合，以便在啟動、加速和正常運行期間能維持一個比較平衡的空氣流量和壓氣機的性能曲線。如圖3所示，該系統有4級可調導葉。

圖3 可調導葉與自制指針

（1）制作導葉指針便于觀察導葉的移動。將銅皮裁剪成三角指針，利用螺栓將其固定。拆卸4級可調導葉連桿，逐一進行活動，發現入口可調導葉卡死，3級可調導葉部分可活動，部分無法活動。4級可調導葉固定在液壓作動筒同一連桿上，因入口可調導葉卡死無法活動，故4級可調導葉均無法動作，造成燃氣發生器的進風量不足，功率不高，無法使動力渦輪轉速達到設計值。

（2）可調導葉卡滯處理措施。對進口導葉葉片軸根部噴灑螺栓松動劑以及除銹劑，每天早晚各一遍。然后用套銅板手和專用工具將搖臂與作動環的連接球頭螺栓拆除。利用銅棒銅錘沿著葉片軸向敲打、振動，使其沿軸向滑動。注意敲打的方位及力度，避免力度過大損害葉片。將處理過的葉片利用搖臂與作動環固定，回裝搖臂與作動環的球頭螺栓。全部恢復完畢后，當用單手整體轉動傳動環，可以靈活轉動則說明可調導葉的恢復到正常狀態。

2.3 點火試啟機實驗

通過對可調導葉一系列的檢測，確定故障原因是部分可調導葉的卡滯，維修后再次進行點火啟機試驗，索拉壓縮機組轉速達到了設計值，解決了動力透平轉速低的問題。

3 結語

（1）可調導葉是影響燃氣輪機出力的重要因素，在日常的運行維護中要重點關注可調導葉的工作狀態，保證良好運行。

（2）處理可調導葉銹蝕卡滯問題應采取有針對性的合理措施，一方面是高溫浸泡，另一方面施加合理的振動，但需注意浸泡溶劑應為中性，避免傷害葉片。

（3）2次點火啟機必須要有一定的時間間隙，保障溫度值降到正常值時再進行二次啟機。