引风机透平转速波动大原因分析与处理措施

2013-12-23王邦旭

化工设计通讯 2013年1期

王邦旭

（中海石油建滔化工有限公司，海南东方 572600）

中海石油化学股份有限公司日产2 500t甲醇装置采用英国DAVY 公司甲醇生产工艺技术，由中国成达工程公司负责工程设计，以高二氧化碳、高氮气含量的天然气为原料，经过蒸汽一段炉转化为适合制甲醇的合成气，再经过压缩、合成、精馏等工序生产出既满足国家GB338－2004优等品标准，又满足美国O－M－232K 的 “AA”级标准的精甲醇。

日产2 500t甲醇装置转化炉引风机透平J502由杭州汽轮机股份有限公司设计并制造，透平规格型号为NG25／20，厂家序列号为T7902，型式为背压式，设计参数见表1。

表1 引风机透平设计参数

1 故障现象

我公司日产2 500t甲醇装置转化炉引风机透平于2010年10月投入使用。引风机透平投用以来，转速波动就比较大，当引风机透平转速约为9 900r／min 时，转速波动达到300r／min 左右。由于引风机透平转速波动大，引起转化炉炉膛压力变化过大，而转化炉炉膛压力设计值为－1 000Pa到＋100Pa，如果炉膛压力低于－1 000Pa或者高于＋100Pa，转化炉就会联锁跳车。为了防止因转化炉炉膛压力引起转化炉联锁跳车，我公司只能采用手动控制引风机透平转速来控制转化炉炉膛压力，这样给主控操作人员带来很大的麻烦，且转化炉运行状态不稳定。引风机透平存在的转速波动大问题是我公司装置平稳运行的一大隐患。

2 原因分析

为了彻底解决转化炉引风机透平转速波动大的问题，必须先分析引起引风机透平转速波动大的原因。能够引起引风机透平转速波动大的原因很多，在这里就逐一分析。

（1）引风机透平运行转速不在设计转速范围内，引起转速波动大。如果引风机透平转速小于设计转速最小值或者大于设计转速最大值，会引起转速波动。我公司引风机透平运行转速为9 900r／min左右，而引风机透平设计转速范围为7 934～10 563r／min，引风机透平运行转速在设计转速范围内，所以判断引风机透平转速波动大不是由于运行转速不在设计转速范围内所导致。

（2）引风机透平进汽和排汽工艺参数波动，引起转速波动大。如果引风机透平进汽压力、温度或者排汽压力波动，会引起转速波动。我公司引风机透平进汽来自中压蒸汽管网，而中压蒸汽管网系统比较大，压力稳定在3.05MPa左右，温度稳定在350℃左右。而引风机透平正常进汽压力为3.05MPa，额定进汽压力为3.20MPa，正常进汽温度为350℃，额定进汽温度为360℃；排汽至低压蒸汽管网，而低压蒸汽管网系统也比较大，压力稳定在0.65MPa左右，而引风机透平设计正常排汽压力为0.65MPa。引风机透平进汽压力、温度和排汽压力都符合正常运行参数要求，所以判断引风机透平转速波动大不是由于进汽和排汽工艺参数波动所引起。

（3）引风机透平负荷变化，引起转速波动大。如果引风机透平负荷波动，会引起转速波动。我公司转化炉入口由鼓风机鼓入空气，提供燃烧所需要的氧气，出口由引风机排出燃烧后的烟气，鼓风机和引风机都采用透平驱动，当鼓风机透平转速稳定在9 000r／min左右，为了使转化炉炉膛压力接近－100Pa，引风机透平转速约为9 900r／min，但转速波动达到300r／min左右。因为鼓风机透平转速和转化炉炉膛压力稳定，而引风机透平转速波动大，说明引风机透平转速波动大不是由于负荷变化所引起。

（4）引风机透平调速器的PID 值不合适，引起转速波动大。

（5）引风机透平控制油带气泡，引起转速波动大。如果引风机透平润滑油箱油位低，润滑油回油产生的气泡还来不及破灭，就进入润滑油泵入口，会导致控制油带气泡。因为气泡具有可压缩性，会引起控制油压力波动，从而导致引风机透平转速波动。

（6）引风机透平控制油压力不稳定，引起转速波动大。如果引风机透平控制油压力不稳定，会引起透平油动机油缸活塞上下移动，导致调节汽阀开度波动，从而造成转速波动。

（7）引风机透平控制油油质问题引起转速波动大。如果引风机透平控制油油质有问题，会影响透平控制油系统，从而引起转速波动。

（8）引风机透平调节汽阀弹簧预紧力不符合设计要求，引起转速波动大。如果引风机透平调节汽阀弹簧预紧力不符合设计要求，调节汽阀就不能良好地动作，从而引起转速波动。

（9）引风机透平油动机活塞杆和拉杆之间连接松动，引起转速波动大。如果引风机透平油动机活塞杆和拉杆之间连接松动，当油动机活塞杆上下移动时，油动机拉杆没有跟着油动机活塞杆同步上下移动，从而导致透平转速波动。

（10）引风机透平油动机油缸活塞环泄漏，引起转速波动大。如果引风机透平油动机油缸活塞环泄漏，会导致油缸活塞压力变化，导致活塞上下移动，造成调节汽阀进汽量变化，从而引起透平转速波动。

（11）引风机透平油动机错油门滑阀组合件卡涩，引起转速波动大。如果引风机透平油动机错油门滑阀组合件卡涩，不能良好地旋转和上下移动，会引起转速波动。

3 排查情况

针对转化炉引风机透平转速波动大的可能原因，提出以下排查、处理措施。

（1）经过动态调节调速器的PID 值，不能解决引风机透平转速波动大的问题，最后进行电磁转换器信号强制试验，还是不能解决转速波动大的问题，说明引风机透平转速波动大不是由于调速器的PID 值不合适所导致。

（2）增加引风机透平润滑油箱里的润滑油量，使得润滑油箱油位升高，防止润滑油箱里的气泡进入润滑油泵，导致控制油带气泡，引起转速波动。引风机透平润滑油箱油位符合设计要求后，转速波动的问题还是得不到解决，所以判断引风机透平转速波动大不是由于控制油带气泡所引起。

（3）引风机透平停机后，检查控制油蓄能器，压力为0.45MPa，符合引风机透平正常运行参数要求，所以判断引风机透平转速波动大不是由于控制油压力不稳定所引起。

（4）通过取样分析润滑油品质，监测报告表明，油品理化指标基本正常，说明引风机透平转速波动大不是由于控制油油质问题所造成。

（5）通过测量引风机透平调节汽阀弹簧长度来检查弹簧预紧力是否符合设计要求，测量值为152mm，符合设计要求，说明引风机透平转速波动大不是由于调节汽阀弹簧预紧力不符合设计要求所引起。

（6）拆下引风机透平油动机，检查油动机活塞杆和拉杆之间连接是否松动，发现活塞杆和拉杆之间连接完好，说明引风机透平转速波动大不是由于油动机活塞杆和拉杆之间连接松动所引起。

（7）拆开引风机透平油动机油缸，发现活塞环表面完好，没有泄漏，说明透平转速波动大不是由于油动机油缸活塞环泄漏所引起。

（8）拆开引风机透平油动机错油门（见图1），取出错油门滑阀组合件检查，发现错油门滑阀组合件（见图2）表面和滑阀转动盘下端面有明显摩擦痕迹，错油门滑阀组合件套筒（见图3）固定螺钉松动，螺钉头凸出套筒端面，判断错油门滑阀组合件表面的摩擦痕迹是因为引风机透平试车时，由于控制油系统比较脏，造成错油门滑阀组合件和错油门滑阀组合件套筒产生摩擦所致，而滑阀转动盘下端面的摩擦痕迹是由于错油门滑阀组合件套筒固定螺钉松动，螺钉头凸出套筒端面，并和滑阀转动盘下端面互相摩擦所致。因为错油门滑阀组合件与错油门滑阀组合件套筒，滑阀转动盘下端面与错油门滑阀组合件套筒固定螺钉相互摩擦，导致错油门滑阀组合件不能良好地旋转和上下移动，造成引风机透平调节汽阀不能良好地调节阀门开度，从而引起引风机透平转速波动大。

图1 油动机错油门

4 处理措施

（1）检修引风机透平油动机错油门。清洗干净错油门；拧紧错油门滑阀组合件套筒固定螺钉，使得螺钉头不高出套筒端面；更换错油门滑阀组合件。

图2 错油门滑阀组合件

图3 滑阀组合件套筒

（2）引风机透平静态调试。关闭引风机透平进汽和排汽截止阀，停机电磁阀强制带电，建立油动机二次油，调速器给出0%开度，操纵信号输出4mA，二次油压力调节至0.15MPa，调整调节汽阀刻度（见图4）至0位置；调速器给出100%开度，操纵信号输出20mA，二次油压力调节至0.45MPa，调整调节汽阀刻度至30位置。