汽輪機調速器存在問題分析及解決措施

左龍寧

（青海云天化國際化肥有限公司設備管理中心，青海湟中 811600）

1 概述

二期合成氨裝置使用引風機汽輪機型號B0.53-4.1/360/0.65/724，汽輪機調速器型號為美國Woodward公司的TG-13E+ZT2000，調速范圍為2 400～4 000r/min，調速器的調節精度為NEMA”D”級。配套ZT2000系列調速控制器是浙大威爾科技有限公司依據汽輪機組開機、運行等工藝而設計的自動控制系統。調速器與外部的電/液轉換器、錯油門油動機、油管等連接組成電液調節系統，從而達到控制汽輪機組的目的。

2 存在問題及分析

1）合成氨裝置引風機汽輪機轉速控制系統，自投產使用以來轉速波動大，調節性能差，控制器抗干擾能力弱，容易受到外界電磁干擾信號，不能使汽輪機轉速穩定調節，無法實現自動調速功能，無法保證合成氨裝置一段爐爐膛負壓穩定，目前一直通過手動現場加減轉速，此舉無形中增加了員工的工作量，與公司提倡的自動化控制背道而馳。

2）伍德沃德電液執行器通過萬向節杠桿原理連接閥桿，以汽輪機轉子動力作為執行器內置油泵驅動源，根據電/液轉換器接收到的電流信號進行角行程方式調節，連接處間隙過大和執行器力矩余量不足，調節時轉速波動大。不能滿足穩定調節轉速，無法保證一段爐爐膛負壓平穩的要求。

3）自動調節失控后，現場為角行程連接方式，設計無機械手輪，無法在線處理故障。

4）調速器自身閥位無反饋輸出，只能與轉速投自控，轉速故障不能切閥位控制。

5）正常運行過程中閥門流通能力選擇過大，開度偏小。

6）根據目前二期調速閥的使用開度，參照表1、表2的數據得出在3mm開度時前后閥芯總的流通面積為377.75mm2。

表1 調速閥原流通面積計算數據

7）根據表1、表2調速閥流通面積和流通能力的數據進行核算，5.4t/h蒸汽流量（進氣壓力3.65MPa，排氣壓力0.49MPa下）對應流通面積為332.32mm2；目前二期引風機實際流量是5.39t/h，與目前運行開度2.5mm左右相符。

表2 調速閥原流通能力核算數據

8）閥芯設計行程25mm，正常運行過程中閥芯行程2.5mm，行程過小。

3 改進措施

1）XQ310聯合氣閥通過改變閥芯與閥座的流通面積來增大閥門的行程，由原設計閥芯直徑Φ69.85mm（前）和Φ70.9mm（后）減小為Φ59.85mm（前）和Φ60.9mm（后），在相同開度（10mm）下流通面積由2 139.64mm2下降至1 815.78mm2，流通面積減小15%。

將原設計電液執行器改為氣動薄膜執行機構，選擇氣動直行程調節閥，硬連接可以消除間隙問題。

2）閥門正常開度下不平衡力為460N，選用的執行機構最大推力為8 134N。

3）閥門定位器精度高，穩定性、可靠性高，因現場存在振動，使用山武分體式定位。

4）轉速故障閥門可切至手動控制。

5）現場配備斷氣保位閥和機械手輪。

6）根據表3、表4調速閥流通面積和流通能力的數據進行核算，6.6t/h蒸汽流量（進氣壓力3.65MPa，排氣壓力0.49MPa下）對應流通面積為506.71mm2；以2020年當前二期引風機運行最大實際流量是6.6t/h，計算運行最大開度4.5mm，約22%。

表3 調速閥改造后流通面積核算數據

表4 調速閥改造后流通能力核算數據

7）閥門總行程20mm，根據表5計算測試精度為0.4%，理論轉速波動10r/min。

表5 改造后閥門開度實驗記錄

4 改造后效果

閥門總行程20mm，根據表6計算實際使用精度為0.45%，實際轉速波動5r/min。

表6 改造后閥門開度運行記錄

2）實現轉速穩定可靠調節（800-2 700r/min），進一步穩定一段爐爐膛負壓。

3）離線對引風機調速閥進行調試。

4）調節器自身帶閥位反饋輸出，可實時查看偏差。

5 結束語

1）調節閥正常工況開度一般在30%～70%為宜，此次改造閥芯調節閥流通能力選擇過大，正常運行過程中開度20%，影響調節器性能。

2）通過引風機汽輪機調速系統改造，可解決引風機調速系統存在問題，最終使引風機轉速得到可靠控制，確保合成氨裝置一段爐爐膛負壓穩定，避免轉速波動過大造成裝置聯鎖停車。