MS500氣輪機(jī)常見故障及應(yīng)對措施

寧 靜，楊永祥，李 明，諸 兵

（海洋石油富島有限公司化肥二部，海南東方 572600）

中國海洋石油富島有限公司化肥二部年產(chǎn)450kt合成氨、800kt尿素裝置，于2003年建成投產(chǎn)；合成氨裝置采用的是KBR（凱洛格布朗）工藝。空氣壓縮機(jī)是由GE公司研制、生產(chǎn)的MS5002型雙軸燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動，該型機(jī)組總體技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行可靠，但在實際運(yùn)行中，由于設(shè)備自身缺陷或工藝流程不合理，曾先后多次發(fā)生故障停機(jī)事故，嚴(yán)重影響了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。本文就MS5002型燃?xì)廨啓C(jī)存在的問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)處理措施。

1 防喘振閥PV1050卡澀故障

1.1 故障現(xiàn)象

化肥二部合成裝置二段爐工藝空氣由工藝空氣壓縮機(jī)101J提供，工藝空氣壓縮機(jī)四段出口工藝氣管線設(shè)有壓力控制閥PV-1050（12”），該閥同時作為壓縮機(jī)防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一部分。為滿足壓縮機(jī)防喘振裕度的要求，正常生產(chǎn)中PV1050一直處于小開度放空（3%～10%）狀態(tài)，二段爐入口的流量波動比較頻繁，不利于裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。另外長期小開度放空對調(diào)節(jié)閥的磨損較大，多次出現(xiàn)閥桿拉毛、閥門卡澀現(xiàn)象；2009年1月29日，出現(xiàn)閥門卡死無法調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)被迫停車132h，損失較大。

1.2 解決措施

為了防止防喘振閥PV1050再次出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，對故障原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是PV1050（12”）閥門長期小閥位狀態(tài)，且動作頻繁，導(dǎo)致閥門磨損較大。為此采取了改進(jìn)措施，主要做法是：

增加103-D入口工藝空氣的壓力測量點(diǎn)PT-1050A，與控制器PIC-1050A及調(diào)節(jié)閥PV-1050A構(gòu)成簡單控制回路，進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。這樣使PV-1050全關(guān)，避免了小開度放空，有效地改善了PV-1050運(yùn)行條件，避免伐桿卡澀引起的停車事故，消除101J防喘振閥調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定，使101J輸出功率根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整，增加裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性。

二段爐103-D入口壓力控制自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1。

圖1 調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)圖

2 燃空比高位運(yùn)行

2.1 故障現(xiàn)象

MS5002燃?xì)馔钙皆O(shè)置有燃料氣/燃燒空氣比值高聯(lián)鎖（P4PCC）為1.20。2015—2017，P4PCC一直在1.18～1.19左右高位運(yùn)行，對系統(tǒng)影響較大。

（1）遇到終端天然氣組分波動時，需要經(jīng)常大幅度減系統(tǒng)負(fù)荷，導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁調(diào)整，產(chǎn)量下降，操作風(fēng)險高，系統(tǒng)穩(wěn)定性差；

（2）因P4PCC高位運(yùn)行，燃?xì)馔钙絀GV閥一直保持全開，導(dǎo)致燃?xì)馔钙侥芎母撸艢鉁囟鹊停M(jìn)入一段爐乏氣溫度低，增加燃?xì)庀模?/p>

（3）因P4PCC在1.18～1.19高位運(yùn)行，非常接近聯(lián)鎖值1.2，操作彈性小，系統(tǒng)多次天然氣組分波動導(dǎo)致P4PCC高聯(lián)鎖系統(tǒng)跳車；

（4）在2017年6月27日，P4PCC突然上漲至1.193左右，非常接近聯(lián)鎖值1.20.為了保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，將系統(tǒng)負(fù)荷由69t/h降至66t/h運(yùn)行，P4PCC降至1.18左右。機(jī)組的異常工況運(yùn)行對系統(tǒng)燃?xì)庀摹a(chǎn)量產(chǎn)生巨大影響，是裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸。

2.2 解決措施

根據(jù)理論依據(jù)：P4PCC是燃?xì)廨啓C(jī)控制閥后燃?xì)鈮毫HP與軸流式壓縮出口燃燒空氣壓力CPD之比，具體公式是：

式中：P4PCC是燃空比、GHP是燃?xì)鈮毫ΑPD是燃燒空氣壓力

經(jīng)過分析研究，影響P4PCC變化的是燃?xì)鈮毫涂諝鈮毫Γ碢4PCC上漲原因可能是燃燒空氣壓力上漲，或者壓縮空氣壓力下降。針對此情況，通過反復(fù)查詢數(shù)據(jù)、趨勢對比，發(fā)現(xiàn)P4PCC上漲趨勢與燃?xì)鈮毫ι蠞q趨勢基本一致，后通過反復(fù)對比歷史數(shù)據(jù)和檢修資料，并通過各種實驗，逐項排除了變送器故障、燃燒筒燃燒異常、速比閥堵塞、101J效率下降等因素，發(fā)現(xiàn)是因為天然氣中凝析油含量比正常值高，天然氣夾帶凝析油，在燒嘴內(nèi)部的旋流器里結(jié)焦、結(jié)垢非常嚴(yán)重，導(dǎo)致燒嘴堵塞，使得燃?xì)鈮毫ι撸罱K使P4PCC大幅升高。

找到問題根源后，采取以下措施：（1）停車檢修均清洗燒嘴內(nèi)部，防止燒嘴結(jié)垢、結(jié)焦；（2）停車檢修均進(jìn)行離線清洗，離線清洗采用浸泡、多次清洗方式清洗；

（3）通過對燃空比設(shè)定值進(jìn)行深入計算，多次與GE公司探討，最終將聯(lián)鎖設(shè)定值提高至1.28。

通過以上措施，不但徹底解決了燃?xì)馔钙介L期高負(fù)荷運(yùn)行的問題，還減少了燃?xì)庀模岣吡搜b置運(yùn)行負(fù)荷，增加了產(chǎn)量，并且消除了影響裝置長期運(yùn)行的瓶頸難題。

3 壓縮機(jī)效率下降

3.1 故障現(xiàn)象

工藝空氣壓縮機(jī)是NUOVO Pignone Florence Italy生產(chǎn)制造的，由兩臺串聯(lián)的2MCL1007（101JLP）和2BCL457（101JHP）型離心壓縮機(jī)組成。在因外界原因長時間停機(jī)（大概30d）再次啟動后，發(fā)現(xiàn)機(jī)組做功效率較停車前嚴(yán)重下降（約有20%），經(jīng)停機(jī)開缸檢查發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)隔板和葉輪銹蝕嚴(yán)重。分析原因是因為壓縮機(jī)隔板和葉輪均采用碳鋼材質(zhì)，停機(jī)期間長期與空氣接觸產(chǎn)生銹蝕，影響機(jī)組做功效率。

3.2 解決措施

針對此情況，采取了一系列改進(jìn)措施：

（1）首先是機(jī)組停機(jī)時通過缸體導(dǎo)淋連接N2氣管線對缸體進(jìn)行保護(hù)，避免銹蝕。因充N2氣存在一定的安全隱患，又改為充儀表空氣保護(hù)，效果非常好。

（2）如機(jī)組開缸檢修，則對隔板和葉輪進(jìn)行除銹處理。剛開始用人工除銹，工作量大，耗時長，效果不是很理想；后購買專用高壓噴槍，采用干冰清洗，效果非常好，省時省力。

經(jīng)過以上措施，有效地解決了壓縮機(jī)因隔板和葉輪生銹導(dǎo)致效率下降的問題。

4 壓縮機(jī)段間冷卻分離器101JC1/2/3 液位聯(lián)鎖誤動作

4.1 故障現(xiàn)象

工藝空氣壓縮機(jī)101J共有3段入口冷卻分離器，分別為101JC1、101JC2、101JC3，每個冷卻器分離均有兩臺液位變送器分別用于報警和聯(lián)鎖。以3段入口冷卻器101JC2為例，有兩個液位變送器LT1136和LT1236，分別用于報警和聯(lián)鎖。兩變送器取壓點(diǎn)不同，流程如圖2。

圖2 段間冷卻分離器101JC2液位變送器流程圖

液位報警和聯(lián)鎖邏輯在Mark VI中實現(xiàn)，報警設(shè)定值80%，聯(lián)鎖設(shè)定值為90%。101J空壓機(jī)三個段間冷卻器液位聯(lián)鎖均為單點(diǎn)聯(lián)鎖，如果引壓部分堵塞或泄漏、變送器誤動作以及儀表回路出現(xiàn)故障，將引起101J機(jī)組聯(lián)鎖動作造成機(jī)組跳機(jī)，繼而造成化肥二部合成氨、尿素生產(chǎn)裝置停車。2010年12月21日曾出現(xiàn)工藝空氣壓縮機(jī)3段入口冷卻器液位高聯(lián)鎖變送器故障造成的裝置停車。

4.2 解決措施

（1）新增液位變送器LT1235A1236A1237A，應(yīng)用LT1135/1136/1137引壓孔上原有三通取壓，并依據(jù)聯(lián)鎖液位變送器LT123512361237的量程進(jìn)行重新標(biāo)定。

（2）將段間冷卻器原報警液位變送器LT113511361137依據(jù)聯(lián)鎖液位變送器LT123512361237的量程進(jìn)行重新標(biāo)定，使相同冷卻器三臺變送器量程一致。

（3）新增液位變送器I/O組態(tài)及描述，新增差值報警事件記錄。

（4）修改Mark VI內(nèi)部組態(tài)，將每臺冷卻器的三臺液位計測量值取中值后，分別與報警設(shè)定點(diǎn)70%以及聯(lián)鎖設(shè)定點(diǎn)90%進(jìn)行比較，超過設(shè)定值產(chǎn)生報警或聯(lián)鎖；當(dāng)三臺液位變送器中的任意兩臺出現(xiàn)故障報警時，引起聯(lián)鎖；當(dāng)三臺液位計間的差值超過5%時，產(chǎn)生診斷報警。

經(jīng)過以上措施后，完全解決了液位聯(lián)鎖誤動作故障。

5 結(jié)束語

通過近2a的實際運(yùn)行，上述問題得到了有效的解決，機(jī)組運(yùn)行更加安全可靠，目前，101JGT機(jī)組已連續(xù)運(yùn)行300d。