汽輪機(jī)速關(guān)油壓控制及典型故障分析

何序新

(云南大為制氨有限公司，云南 曲靖 655338)

汽輪機(jī)作為化工裝置的主要驅(qū)動(dòng)設(shè)備之一，通常工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)中，因此對(duì)控制系統(tǒng)和保安系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性要求極高。某公司空分氮產(chǎn)品壓縮采用的是杭汽HNK25/36/16單缸全凝式汽輪機(jī)和沈鼓的壓縮機(jī)，一拖一模式，正常工作轉(zhuǎn)速：7760 r/min，為下游工序提供合格的氮?dú)狻５a(chǎn)品壓縮機(jī)汽輪機(jī)(X1771)速關(guān)油壓控制主要由兩個(gè)部分組成：速關(guān)組合件、機(jī)組控制系統(tǒng)(ITCC)及硬停車回路[1]。速關(guān)組合件采用的是杭汽配套的裝置，機(jī)組控制系統(tǒng)采用的是施耐德電氣TRICONEX TS3000控制系統(tǒng)。速關(guān)組合件用于汽輪機(jī)遙控啟動(dòng)，就地停機(jī)，遙控停機(jī)，速關(guān)閥聯(lián)機(jī)試驗(yàn)及危急遮斷油門自動(dòng)掛鉤，適用于采用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的汽輪機(jī)。它將調(diào)節(jié)系統(tǒng)中一些操作件集裝在一起的液壓件組合，不僅能使操作便捷，還能使得油管路及電氣線路的布置趨于合理、簡(jiǎn)化。機(jī)組控制系統(tǒng)(ITCC)及硬停車回路用于速關(guān)閥遠(yuǎn)程開關(guān)，為速關(guān)組件上的控制電磁閥提供電源，聯(lián)鎖狀態(tài)下切斷停機(jī)電磁閥供電，速關(guān)油泄壓，速關(guān)閥關(guān)閉，切斷汽輪機(jī)的進(jìn)汽，使機(jī)組快速停機(jī)，以達(dá)到保護(hù)機(jī)組目的[2]。本案例的速關(guān)油壓異常造成機(jī)組停機(jī)的故障排查過(guò)程對(duì)同類型機(jī)組避免類似故障，快速找到故障點(diǎn)提供參考依據(jù)，具有一定的參考意義。

1 速關(guān)油壓控制原理

1.1 汽輪機(jī)速關(guān)組合件的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1.1 速關(guān)組合件結(jié)構(gòu)

速關(guān)組件的結(jié)構(gòu)和外形見圖1。其由以下組件構(gòu)成：①試驗(yàn)閥;②本體;③啟動(dòng)油電磁閥;④速關(guān)油電磁閥;⑤遠(yuǎn)程急停電磁閥;⑥電液轉(zhuǎn)換器;⑦支座;⑧遠(yuǎn)程急停電磁閥;⑨輔助滑閥;抽汽電磁閥;現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)急停電磁閥;內(nèi)部油路及插裝閥(DG16、DG40)等液壓元件。本體的不同側(cè)面裝接著實(shí)現(xiàn)速關(guān)組合件功能所需的操作件并留有外管路接口。速關(guān)組件的回油由本體的回油口匯入回油管。

圖1 氮產(chǎn)品壓縮機(jī)速關(guān)組合件結(jié)構(gòu)外形圖

1.1.2 速關(guān)組合件功能及工作原理

圖2為速關(guān)組合件的原理圖。啟動(dòng)油電磁閥位號(hào)1843，速關(guān)油電磁閥位號(hào)1842，它們與輔助滑閥位號(hào)2200、插裝閥DG16一起用于遙控開啟速關(guān)閥。輔助滑閥2200是液控單向閥、充液閥和插裝閥的組合，啟動(dòng)前2200中的插裝閥及DG16均處于關(guān)閉狀態(tài)。啟動(dòng)時(shí)電磁閥1842和1843同時(shí)得電，則1843的P-B成通路，于是啟動(dòng)油F和掛閘油M建立油壓，掛閘油M進(jìn)入汽輪機(jī)的危急遮斷器自動(dòng)掛閘。在F通向速關(guān)閥的同時(shí)，F(xiàn)也通向輔助滑閥2200，并經(jīng)由液控單向閥進(jìn)充液閥，使其回油口打開。由于2200中的插裝閥上腔回油，使插裝閥在油壓作用下開啟，壓力油通向1842，這時(shí)1842的P-B、A-T成通路，壓力油進(jìn)入DG16上腔，使DG16仍保持關(guān)閉狀態(tài)，速關(guān)油E2壓力為0，速關(guān)油電磁閥1842得電7s后失電，啟動(dòng)油電磁閥1843在1842失電后保持7s后也失電，即1843的P油口阻斷、B-T為通路，于是啟動(dòng)油開始回油。由于1843回油口裝有節(jié)流孔板和可調(diào)針閥，因此速關(guān)閥隨著啟動(dòng)油的緩慢回油而逐漸啟動(dòng)。在1843復(fù)位時(shí)，由于速關(guān)油已建立壓力，于是由速關(guān)油取代啟動(dòng)油控制2200中的充液閥，使其回油口保持常開，相應(yīng)插裝閥也就始終處于開啟狀態(tài)[3]。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，一旦速關(guān)油壓下跌，則充液閥回油口關(guān)閉，致使插裝閥關(guān)閉，切斷P-E2通路，引發(fā)速關(guān)閥關(guān)閉，機(jī)組停機(jī)。

圖2 氮產(chǎn)品壓縮機(jī)速關(guān)組合件原理圖

1.2 氮產(chǎn)品壓縮機(jī)速關(guān)閥控制邏輯及硬停車回路

1.2.1 速關(guān)閥打開/關(guān)閉邏輯

圖3為速關(guān)閥的遠(yuǎn)程打開/關(guān)閉邏輯。在工藝條件滿足且無(wú)聯(lián)鎖停機(jī)情況下，操作人員通過(guò)機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)出打開速關(guān)閥命令，速關(guān)油電磁閥和啟動(dòng)油電磁閥同時(shí)得電打開，速關(guān)油電磁閥打開7S后復(fù)位，啟動(dòng)油電磁閥在速關(guān)油電磁閥復(fù)位7S后也復(fù)位，在此過(guò)程建立速關(guān)油壓，速關(guān)閥通過(guò)速關(guān)油克服彈簧阻力而打開[4]。速關(guān)閥關(guān)閉可采用遠(yuǎn)程停、輔操臺(tái)急停、現(xiàn)場(chǎng)急停等方式，觸發(fā)停機(jī)邏輯使得硬回路中OS1771.9或OS177.1繼電器斷開，停機(jī)電磁閥失電機(jī)組停機(jī)，如圖4所示。

圖3 速關(guān)閥打開/關(guān)閉邏輯

圖4 機(jī)組硬停車回路與供電圖

2 速關(guān)油壓異常造成停機(jī)經(jīng)過(guò)

2020年6月12日，因?yàn)闄C(jī)組位移測(cè)點(diǎn)VZI1778_1高高聯(lián)鎖動(dòng)作氮產(chǎn)品壓縮機(jī)組停機(jī)，多專業(yè)綜合判斷為機(jī)組本身有故障，因此對(duì)該壓縮機(jī)汽輪機(jī)側(cè)進(jìn)行開蓋檢修。開蓋后發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)端軸瓦磨損嚴(yán)重，進(jìn)行軸瓦更換，于13日下午完成檢修。當(dāng)日18點(diǎn)30分工藝具備條件進(jìn)行機(jī)組沖轉(zhuǎn)，1 h 后機(jī)組進(jìn)入正常轉(zhuǎn)速，運(yùn)行 20 min 后壓縮機(jī)跳停。SOE記錄為速關(guān)油壓壓力開關(guān)PLLL1774_21聯(lián)鎖動(dòng)作氮產(chǎn)品壓縮機(jī)組跳停，隨后又嘗試2次啟機(jī)，與第一次狀況一樣，除了PLLL1774_21每次都報(bào)警動(dòng)作外，其他工藝參數(shù)均正常。SOE及趨勢(shì)記錄如圖5和圖6所示。

圖5 SOE記錄

圖6 跳車時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速、調(diào)速閥開度、控制油壓曲線

3 原因檢查

3.1 停機(jī)原因分析

調(diào)取機(jī)組停機(jī)時(shí)的歷史趨勢(shì)曲線和SOE記錄，趨勢(shì)曲線記錄在19:50:23的時(shí)候壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速已經(jīng)下降到 2471 r/min，調(diào)速門開度為100%，而SOE記錄19:50:47壓力開關(guān)PLLL1774_21動(dòng)作發(fā)出報(bào)警，延時(shí)15s以后發(fā)出聯(lián)鎖跳停指令。比對(duì)發(fā)現(xiàn)操作站時(shí)間比控制器時(shí)間(注：SOE記錄時(shí)間與控制器同步，趨勢(shì)記錄時(shí)間與操作站同步)快了 25 s。對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正后可以看出，在停機(jī)過(guò)程中，控制油壓穩(wěn)定無(wú)異常，供油系統(tǒng)正常;調(diào)速閥能正常打開，說(shuō)明調(diào)速油壓及電液轉(zhuǎn)換器正常，硬停車回路調(diào)速電磁閥供電正常。故障原因指向速關(guān)油低，速關(guān)油壓低造成速關(guān)閥關(guān)閉，轉(zhuǎn)速下降，調(diào)速系統(tǒng)增大調(diào)速閥開度直至全開都不能提升轉(zhuǎn)速，速關(guān)油壓力開關(guān)油壓低在延時(shí) 15 s 后聯(lián)鎖動(dòng)作跳停壓縮機(jī)[5]。能造成速關(guān)油壓低報(bào)警聯(lián)鎖的原因如下：

1)壓力開關(guān)本身故障;2)速關(guān)油電磁閥故障;3)危急遮斷器故障;4)速關(guān)閥硬停車供電回路中間繼電器故障及線路故障;5)控制系統(tǒng)內(nèi)部程序及卡件通道故障;6)速關(guān)組合件內(nèi)部油路漏油或供油管路堵塞。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)儀表檢查

現(xiàn)場(chǎng)拆除速關(guān)油壓開關(guān)、啟動(dòng)油電磁閥、速關(guān)油電磁閥，拿到儀表試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)。速關(guān)油壓力開關(guān)在低于聯(lián)鎖值 0.15 MPa 時(shí)多次測(cè)試動(dòng)作正常，啟動(dòng)油電磁閥和速關(guān)油電磁閥通電后切換也都正常，但還是更換了新的電磁閥。對(duì)中間接線箱及線路進(jìn)行檢查處理，線路無(wú)異常。控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)儀表處理完畢后，工藝滿足條件進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，故障仍舊存在。

3.3 危急遮斷器檢查

對(duì)危急遮斷器功能進(jìn)行屏蔽，通過(guò)系統(tǒng)模擬發(fā)出打開速關(guān)閥命令，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)就地速關(guān)油壓力表和啟動(dòng)油壓力表，啟動(dòng)油壓力指示正常，速關(guān)油壓力表在啟動(dòng)時(shí)有微小變化后回零，速關(guān)油壓無(wú)法建立，速關(guān)閥沒動(dòng)作。

3.4 機(jī)組控制系統(tǒng)軟硬件及硬停車回路檢查

對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)部回路、軟件程序聯(lián)鎖邏輯和硬停車回路進(jìn)行檢查。首先通過(guò)診斷軟件對(duì)卡件通道診斷，卡件及通道均正常，軟件程序聯(lián)鎖邏輯檢查也無(wú)異常。然后對(duì)系統(tǒng)側(cè)回路進(jìn)行檢查，強(qiáng)制輸出與速關(guān)閥相關(guān)的信號(hào)，用萬(wàn)用測(cè)量中間繼電器K21、K25、K26輸出及電磁閥SN1771.1、SN1771.1、SN1771.3、SN1771.4 220VAC供電電壓都正常，機(jī)組控制系統(tǒng)及硬停車回路正常。

3.5 速關(guān)組合件及外圍油路檢查

現(xiàn)場(chǎng)拆下速關(guān)組件進(jìn)行清洗，用潔凈空氣進(jìn)行吹掃，同時(shí)對(duì)速關(guān)組件外圍油路進(jìn)行檢查清洗后回裝，模擬開啟速關(guān)閥，速關(guān)油壓還是無(wú)法建立，提高控制油油壓指標(biāo)后，速關(guān)閥能正常打開，機(jī)組正常啟動(dòng)運(yùn)行。但在后續(xù)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，速關(guān)組件的回油管路油溫偏高，判斷為速關(guān)組件內(nèi)部存在大量漏油現(xiàn)象。

4 改進(jìn)措施

經(jīng)過(guò)上述原因分析，有針對(duì)性地采取了改進(jìn)措施，并進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。

1)現(xiàn)場(chǎng)儀表改造

機(jī)組速關(guān)油壓只在現(xiàn)場(chǎng)就地柜設(shè)置了油壓表，不便于操作監(jiān)控，在速關(guān)油油管上增設(shè)一臺(tái)壓力變送器測(cè)量速關(guān)油壓，并把油壓信號(hào)引入中央控制室進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)對(duì)該儀表進(jìn)行趨勢(shì)記錄，并設(shè)置油壓低報(bào)警。

2)速關(guān)組合件拆解檢測(cè)

借助裝置停車機(jī)會(huì)，對(duì)速關(guān)組件拆解檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)速關(guān)組件內(nèi)部插裝閥DG16存在卡塞關(guān)不到位現(xiàn)象，更換速關(guān)組件內(nèi)全套插裝閥，更換后漏油現(xiàn)象消失。

3)提高控制油壓控制指標(biāo)

在工藝允許的范圍適當(dāng)提高油系統(tǒng)的控制油壓，加快速關(guān)油壓建立速度和補(bǔ)油速度。

5 結(jié)語(yǔ)

本次機(jī)組因速關(guān)油壓低異常停車是在一次對(duì)機(jī)組檢修結(jié)束后發(fā)生的，機(jī)組剛檢修結(jié)束就發(fā)生異常停車。是否是因?yàn)闄z修不徹底或是檢修過(guò)程中不規(guī)范操作帶來(lái)的次生問(wèn)題，原因難以確定，增加了故障分析難度。另外，在故障判斷和分析過(guò)程中，由于對(duì)速關(guān)組合件的工作原理理解不夠透徹，故障目標(biāo)不明確，也增加了故障排查難度。

從本次故障處理過(guò)程中，可以得到啟發(fā)。通過(guò)監(jiān)測(cè)速關(guān)組件的回油管路油溫可以發(fā)現(xiàn)速關(guān)組合件有漏油現(xiàn)象，但因該管路無(wú)溫度檢測(cè)儀表而忽略。速關(guān)組合件內(nèi)部插裝閥DG16長(zhǎng)期使用會(huì)后出現(xiàn)卡塞關(guān)不到位問(wèn)題，使得速關(guān)油管路一直漏油，速關(guān)油壓不能保證。當(dāng)?shù)a(chǎn)品壓縮機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，調(diào)速閥增加開度，調(diào)速油壓增加，在控制油壓不變的情況下，速關(guān)油壓下降，油壓不能克服速關(guān)閥彈簧阻力而關(guān)閉，造成機(jī)組異常停車，定期應(yīng)對(duì)速關(guān)組合件進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)。經(jīng)過(guò)改進(jìn)措施的落實(shí)，徹底解決了本案例中機(jī)組異常停車的故障，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。