急冷水透平泵EP-1203A/B 調(diào)速系統(tǒng)改造

王仁庶

（中國石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

EP-1203A/B 汽輪機為單級進汽—背壓式透平，型號為NG25/20/0，額定轉(zhuǎn)速9412 r/min，額定功率468 kW，跳閘轉(zhuǎn)速10 871 r/min，調(diào)速器采用西門子SR4 全液壓型，配合液壓放大器、加速器、杠桿等傳動機構(gòu)，采用機械式飛錘跳車保護機構(gòu)。

隨著工業(yè)生產(chǎn)管理要求的日益提高，對設備自身的安全性、可靠性、高效性也提出了更高的要求。目前機械式調(diào)速機構(gòu)已不能滿足生產(chǎn)使用需求，存在檢修安全性低、操作困難等問題。此外，由于該汽輪機調(diào)速系統(tǒng)非常老舊，液壓調(diào)速器零部件已無法采購到原型號備件，目前在國內(nèi)外行業(yè)中已被淘汰，急需進行升級改造。

1 調(diào)速器發(fā)展史

調(diào)速器是汽輪機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的重要設備，隨著汽輪機技術(shù)的不斷發(fā)展，調(diào)速器也在逐步更新。20 世紀70 年代，調(diào)速系統(tǒng)都是杭汽自主設計的液壓調(diào)速系統(tǒng)KT3，70 年代末引進西門子3系列技術(shù)以后，開始使用西門子液壓調(diào)速系統(tǒng)SR4。80 年代，隨著汽輪機調(diào)速器集成化的發(fā)展，杭汽與西門子同步使用WOODWARD 公司的機械液壓調(diào)速器PG-PL、UG8 等。80 年代末到本世紀初，WOODWARD 505 電子調(diào)速器使用量逐年增加，至1998 年使用率已經(jīng)上升到80%以上，機械液壓調(diào)速器逐漸被電子調(diào)速器取代。隨著計算機技術(shù)及DCS 的發(fā)展，越來越多的機組采用美國TRISON 公司的ITCC 綜合控制系統(tǒng)，目前主要應用于大型汽輪機設備。

2 電液調(diào)速系統(tǒng)概況

2.1 主要組成

電液調(diào)速系統(tǒng)主要由速關(guān)閥、速關(guān)組合件（含電液轉(zhuǎn)換器）、測速傳感器、高壓油動機—調(diào)節(jié)汽閥、WOODWARD 505電子調(diào)速器、電子智能超速保護裝置組成。

2.2 調(diào)節(jié)原理

505 電子調(diào)速器將接收到的轉(zhuǎn)速信號與設定值進行比較，輸出執(zhí)行信號（4～20 mA 電流）到速關(guān)組件，速關(guān)組件的電液轉(zhuǎn)換器將接收到的4～20 mA 電信號轉(zhuǎn)換成0.15～0.45 MPa 的二次油壓信號，二次油通過油動機操縱調(diào)節(jié)汽閥的開度，從而控制蒸汽的進汽量，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

2.3 油動機

油動機是調(diào)節(jié)汽閥的執(zhí)行機構(gòu)，將電液轉(zhuǎn)換器輸入的二次油壓信號轉(zhuǎn)換為有足夠作功能力的行程輸出，從而操縱調(diào)節(jié)汽閥的開度。油動機以汽輪機油為工作介質(zhì)，動力油為0.8 MPa 左右的調(diào)節(jié)油。油動機主要由動力油缸、錯油門、連接體和反饋機構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 油動機

2.4 錯油門結(jié)構(gòu)及工作原理

2.4.1 結(jié)構(gòu)

錯油門是油動機的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 錯油門

2.4.2 工作原理

當錯油門處于平穩(wěn)狀態(tài)時，若工況突然發(fā)生變化，如機組轉(zhuǎn)速降低導致二次油壓升高，滑閥的力平衡改變使滑閥上移，于是，在動力油通往油缸活塞上腔的油口被打開的同時，活塞下腔與回油接通，由于油缸活塞上腔進油、下空排油，因此活塞下行，使調(diào)節(jié)汽閥開度加大，進入汽輪機的蒸汽流量增加，機組轉(zhuǎn)速上升。與此同時，隨著活塞下行，通過反饋板、彎角杠桿、反饋杠桿等的相應動作，使錯油門彈簧的工作負荷增大，當作用在滑閥上的二次油壓力與彈簧力達到新的平衡時，滑閥又恢復到中間位置，相應調(diào)節(jié)汽閥開度在新的位置停止不動，機組也就在新工況下穩(wěn)定運行。如果出現(xiàn)二次油壓降低的情況，則各環(huán)節(jié)動作與上述過程相反。

3 調(diào)速系統(tǒng)改造

3.1 改造內(nèi)容

拆除的舊部件包含西門子SR4 調(diào)速器、放大器、加速器、啟動裝置、部分相關(guān)油路管道等；安裝的新部件包含505 調(diào)速器、E360電液轉(zhuǎn)換器、測速裝置、速關(guān)組合件、防爆接線盒、相關(guān)配套配件（支架、管接頭、儀表配件）等，同時安裝并更改部分油路管道。

3.2 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題

新調(diào)速系統(tǒng)安裝完畢后需進行靜態(tài)試驗，首先對電液轉(zhuǎn)換器的輸入電流與輸出二次油壓進行調(diào)整，保證輸入的4～20 mA電信號與輸出的0.15～0.45 MPa 二次油壓相對應。其次對二次油壓與油動機的行程進行調(diào)整，保證0.15～0.45 MPa 的二次油壓信號對應油動機活塞桿0～100%的行程。但在隨后的透平單試過程中出現(xiàn)了如下問題：

（1）EP-1203A 透平調(diào)節(jié)汽閥開度為50%時，通知計算機給定信號讓調(diào)解汽閥開度為100%，現(xiàn)場二次油壓表在0.4 MPa保持約5 min 才緩慢升到0.45 MPa，而非連續(xù)升到0.45 MPa。

（2）EP-1203A 二次油壓超過0.32 MPa 后開始波動。

（3）EP-1203B 二次油壓超過0.4 MPa 后開始波動，幅度明顯（約為0.02 MPa）。

（4）EP-1203B 透平調(diào)節(jié)汽閥全關(guān)狀態(tài)時，現(xiàn)場二次油壓指示為0.1 MPa（實際應為0.15 MPa），通知計算機給定全開信號后二次油壓升為0.45 MPa，再次給定全關(guān)信號后才降到0.15 MPa。

3.3 原因分析

首先對潤滑油進行采樣分析，報告中潤滑油黏度、鐵譜、水含量等指標均正常，排除潤滑油變質(zhì)的可能。其次對油路系統(tǒng)管線、電液轉(zhuǎn)換器、油動機等進行排查。最終在拆檢錯油門時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有少量油泥堵塞進油孔，導致滑閥非正常振顫、油壓波動，造成調(diào)節(jié)汽閥開度不準。對油泥進行清理后問題消除，調(diào)速系統(tǒng)恢復正常運行。

3.4 改造前后比較

3.4.1 油路系統(tǒng)

原液壓調(diào)速系統(tǒng)中的一次油壓作為轉(zhuǎn)速測量值輸入到壓力變送器，壓力變送器與給定值彈簧共同作用，對比例杠桿產(chǎn)生一個作用力，該作用力再通過放大器轉(zhuǎn)換成二次油壓，驅(qū)動油動機工作。原油路系統(tǒng)極其復雜，現(xiàn)場空間狹小，漏油點多，班組處理難度大，給安全生產(chǎn)帶來隱患。本次調(diào)速系統(tǒng)改造后取消了一次油，其作用由相應的4～20 mA 電流信號取代，再轉(zhuǎn)換成對應的二次油壓進行調(diào)節(jié)。用集成化的電液調(diào)速系統(tǒng)取代老舊的液壓調(diào)速系統(tǒng)，現(xiàn)場漏油點基本消除，保證裝置安全平穩(wěn)運行的同時大大改善了現(xiàn)場面貌（圖3）。

圖3 改造前后面貌

3.4.2 升速曲線

原啟機過程分為冷態(tài)啟機和熱態(tài)啟機，兩者均是按照升速曲線連續(xù)升到額定轉(zhuǎn)速（圖4），其中冷態(tài)啟機需要20 min，熱態(tài)啟機需要10 min。目前的啟機方式存在一定弊端，為保證透平轉(zhuǎn)子各部位充分受熱膨脹、均勻變形，需進行低速暖機和高速暖機。本次調(diào)速系統(tǒng)改造后，將透平設定在1200 r/min 低速暖機30 min，7059 r/min 高速暖機15 min（圖5）。

圖4 改造前升速曲線

圖5 改造后升速曲線

此外，原調(diào)速系統(tǒng)只能將轉(zhuǎn)速連續(xù)升到額定轉(zhuǎn)速9412 r/min后，再通過現(xiàn)場手動方式進行升、降速調(diào)節(jié)，且透平轉(zhuǎn)速波動范圍較大，浪費能源的同時，還增加了操作難度。改造后的調(diào)速系統(tǒng)，透平首先達到最小可調(diào)轉(zhuǎn)速7059 r/min，然后根據(jù)工藝需要，中控可直接進行操作升到指定轉(zhuǎn)速，控制精度高達5 r/min。

4 結(jié)論

截至目前，EP-1203A/B 新調(diào)速系統(tǒng)已累計使用2 年，各項指標平穩(wěn)。新調(diào)速系統(tǒng)設計使用壽命長，基本上不需要進行維修，可減少備件儲備，大大降低后續(xù)成本。同時，啟機過程實現(xiàn)了全自動化，給員工操作帶來便利，中間過程自動執(zhí)行及邊界條件設定，也可有效防止人員誤操作。綜上所述，此次調(diào)速系統(tǒng)改造對裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行具有較為深遠的影響。