硝酸一装置汽轮机转速波动分析与处理

范伦 李永水（辽阳石化分公司尼龙厂 辽宁辽阳 111003）

一.汽轮机及其故障简介

尼龙厂硝酸一装置汽轮机(N184)采用中压蒸汽(MS)驱动，通过联轴器带动空气压缩机(C124)运转，经压缩机压缩的空气与氨气反应生成一氧化氮，通过后续反应生成硝酸。生产过程中，通过调节蒸汽进气阀的开度来控制空气压缩机转速，从而调整生产负荷。当MS蒸汽波动影响生产时，需要通过调速器的调节来保证生产稳定。

硝酸一装置N184-C124机组2009至2010年运行状况不理想，自从2010年4月2日检修开车后，机组转速就时常出现波动。2009-2010年期间，因N184-C124机组故障造成装置停车3次，其中2次造成阀杆断裂。

二.汽轮机故障原因分析

为了制定出有效的防范措施和检修方案，必须清楚故障原因，造成转速波动的原因主要有三点：

1.装置负荷调整

2.调速器故障

3.管网蒸汽压力波动

以下，根据现场实际情况，分别对故障原因进行分析，找出真正的故障原因。

1、装置负荷调整

仔细检查控制室DCS记录数据和生产指令记录发现，三次停车当天均为做出负荷调整，因此排除负荷调整造成的转速波动。

2、调速器故障

装置停车后，将调速器拆下送至生产监测部转机研究所，经专业人员解体后，发现离心飞锤—导阀组件，动力缸组件润滑良好，洁净无油污，零部件也无损坏，经仔细清洗后回装，上试验台调校后一切参数正常，至此可以排除调速器故障。

3、管网蒸汽压力波动

查看控制室透平岗位记录数据，对照N184入口压力与转速数据看出，当N184入口压力大于3.7MPa时，机组转速偏移正常转速8150较多，波动越明显，，当N184入口压力小于3.7MPa时，机组运行波动逐渐减小，当N184入口压力在3.5MPa附近时，机组运行稳定。

分析DCS系统中压力与转速曲线图可以看出，压力在3.3MPa至3.8MPa之间波动，随着压力波动转速存在一定波动。当压力在3.5MPa或更低时，转速维持在8130-8170左右，不会偏离正常转速8150太多；当压力大于3.5MPa时，此时转速波动逐渐加大，当压力在3.7MPa左右时，转速达到8200RPM，当压力达到3.8MPa时，转速曲线骤升，压力值已超出调速器工作范围，蒸汽波动已不能被调速器所调节，转速出现明显升高，此时监测到机组振值明显升高，威胁到机组安全运行。

综上所述，可以判定造成调速阀杆断裂的原因为：MS蒸汽压力过高导致调速器工作不正常，引起调速阀杆频繁上下窜动，造成阀杆疲劳断裂。因此MS蒸汽压力过高是造成装置停车的直接原因。

三.汽轮机故障处理措施及节流孔板选型

根据以上分析，只需降低MS蒸汽压力，就可从根本上解决汽轮机转速波动现象。而MS蒸汽来源于蒸汽管网，经多个分支去往各个生产装置，为了保持每个装置的稳定生产，MS管网压力不能随意改动，因此，依靠降低管网MS压力的方法是不现实的。只能采取措施来降低汽轮机入口管道的MS蒸汽压力。

流体在通过装有节流孔板的管道时，由于节流孔板的局部阻力而产生的部分能量损失使得通过节流孔板的流体压力降低。车间技术人员多方面验证后，决定采用节流孔板的节流作用来降低汽轮机入口MS蒸汽压力。

1.节流孔板的选型

节流孔板在降压精度不高的前提下使用。此次改造中，只需将MS蒸汽压力降到3.4MPa左右即可满足生产需要，不需要降低至一个精确的压力值，所以可以选用节流孔板。

2.节流孔板孔径的计算

MS蒸汽的各项参数如下：

压力：3.6210MPa（表压），3.7223MPa（绝对压力），温度：388.1℃，流量：28.83t/h，质量流速 G：453.4kg/m2.s，粘度 μ：2.72×10-2mpa.s（由温度压力表求得），Re=DG/μ=2.5×103，压缩系数Z：0.9398，MS蒸汽绝热指数k取1.3。

计算公式【1】如下：

由上述公式求得节流孔板孔径d0=82mm

四.节流孔板使用效果

车间于2010年11月5日将节流孔板安装于MS蒸汽入口管道上,安装后压缩机转速未出现大的波动，转速平稳，起到了良好的效果，解决了影响机组稳定运行的瓶颈问题。

[1]化工部工艺系统设计技术中心站.工艺系统工程设计技术规定[M].北京：化工部，1996,5.