透平机异常现象的原因分析及处理

(中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154109)

中海石油华鹤煤化公司以煤为原料年产300 kt合成氨，520 kt大颗粒尿素。全厂工艺使用的大型透平压缩机共四台，分别是空压机、二氧化碳压缩机、氨气压缩机、合成气压缩机。作为连续生产装置，大型机组是关键设备，是属全厂核心地位的设备，造价较高，附属设备多，控制保护系统复杂。一旦出现系统联锁或机组跳车，将造成装置停产，出现故障后恢复较困难且恢复时间长。现结合透平压缩机的运行情况，对我公司大型机组试车和运行中存在的问题进行分析，为今后的生产提供借鉴和帮助。

1 汽轮机转数波动问题

1.1 调速系统介绍

机组调速系统基本控制原理如图1所示。PEAK150设为定转速方式运行，两个电磁式传感器(以下简称MPU)将检测到的转速频率信号送入PEAK150，经过频率/电压转换后，由高选器(HSS)进行高选，高选后的信号参加PID调节，根据不同的设定采用不同的升速曲线对转速的输出进行控制。PEAK150的输出电流信号经过电液转换器转换成对应的脉动油压(二次油压)信号，通过二次油压的改变控制调速汽门错油门及油动机行程，油动机行程对应调速汽门的开度，从而控制进入汽轮机的新蒸汽流量，达到控制转速的目的。该机组的负荷采用转速和防喘振阀门共同调整。当需要增加负荷时，操作升速键(RAISE)，PEAK150的输出电信号增加，二次油压升高，调门开度相应开大，蒸汽流量增大，转速升高；当减小负荷时，操作降速键(LOWER) ，PEAK150的输出电信号减小，二次油压降低，调门开度相应关小，蒸汽流量减少，转速降低，从而达到控制汽轮机转速的目的。

1.2 异常现象

汽轮机额定转数5 150 r/min，正常工作转数范围4 200～5 408 r/min。使用初期转数非常稳定，偶尔波动幅度是±5 r/min。但是正常稳定运行一个月后，2013年6月1日汽轮机转数大幅波动，最大幅度达到±200 r/min，离心式压缩机排气压力随之波动，给化工生产带来极大不稳定因素。停车后车间多次对调速系统重要元件电液转换器进行火油清洗，但效果不理想，甚至一次开车中无法正常升速。装置已经不能维持原负荷正常生产，为此公司决定联系汽轮机生产厂家——杭汽，检修汽轮机。

1.3 原因分析与解决方法

影响转数波动的外因有蒸汽压力、蒸汽温度、离心式压缩机负荷。内因有PEAK150输出控制电液转换器的电流、二次油压信号、电液转换器和错油门等。

图1 调速系统控制原理图

1.3.1外部因素

当蒸汽压力或者温度突然升高或下降时，由于阀门开度不变，进入调速气阀的蒸汽热值发生变化，会影响转速。同样，当离心式压缩机负荷突然改变时，由于影响到汽轮机的出力，也会对转速造成很大的影响。于是协调锅炉车间稳定蒸汽压力和温度，以及协调前后车间稳定离心式压缩机进口和出口压力。发现转数大幅度波动情况仍然存在，因此排除外因的影响。

1.3.2内部因素

PEAK150输出的控制电液转换器电流、二次油压信号，调节油的油质，电液转换器和错油门等对转数都有影响。

(1)对PEAK150输出控制电液转换器接线进行了全面的检查。检查整个回路接线是否有松动，PEAK150的输出电流是否正常。经过检查确定PEAK150工作比较稳定和正常，因此排除了仪表故障对转数的影响。

(2)测试二次油压信号范围是否在0.15～0.45 MPa过程中，发现在0.41～0.45 MPa间瞬时划过，无线性。因此决定改变对应范围，在0.10～0.40 MPa。说明二次油压信号异常是导致汽轮机转数波动的原因之一。

随后厂家人员拆开错油门取出滑阀，发现三个甩油孔有一个堵塞，最后用软铁丝透通，再用干净气体将内部杂质吹除后清洗回装。油路系统开车前油洗效果较差，导致杂质进入汽轮机调速系统(电液转换器、错油门)。而电液转换器油孔和错油门滑阀甩油孔非常细小，大于5 μm的杂质就会堵塞油孔。说明错油门滑阀甩油孔堵塞是导致汽轮机转数波动的原因之一。

2 汽轮机热井液位波动问题

2.1 汽轮机冷凝系统介绍

冷凝系统包括凝汽器(热井)、冷凝水泵、冷凝水泵出口调节阀。热井液位由进、回水调节阀共同控制，冷凝水泵功率和出口压力不变。汽轮机使用初期热井液位非常稳定，偶尔波动幅度是±1%，即便是调整汽轮机转数，进、回水阀门共同调整，热井液位始终稳定在设定值45%。

2.2 异常现象

热井液位正常稳定持续一段时期后，在并未调整汽轮机负荷的情况下，从2013年5月5日早8：00起热井液位出现大幅度波动，最大幅度达到±25%，以至于液位达到75%，联锁动作，备用冷凝水泵自启动。这种情况严重影响了机组正常运转，必须及时查明原因并处理。

2.3 原因分析与解决方法

影响热井液位波动的原因有冷凝水泵机械故障，冷凝水泵出口调节阀故障，冷凝液管网压力过高或不畅通，热井液位计故障。

(1)联系维修钳工、电工、操作工联合对冷凝水泵及电机轴承温度、震动、运行情况进行检查，确认运行正常，排除了冷凝水泵机械故障影响热井液位。

(2)对冷凝水泵出口调节阀气源、阀位开关情况进行检查，确认正常，排除了冷凝水泵出口调节阀故障影响热井液位。

(3)联系调度检查冷凝液管网管路是否畅通，阀门开度是否到达要求，出水量是否正常。确认运行正常，排除了冷凝液管网压力过高或不畅通影响热井液位。

(4)对液位变送器进行检查。本热井设置两个液位计，磁翻板液位计和玻璃板液位计，热井液位测定由磁翻板液位计传输信号至主控室，正常情况下玻璃板液位计显示水位应该和磁翻板液位计显示一致。但是巡检人员到达现场对比两个液位计，发现玻璃板液位计液位持续下降，磁翻板液位计剧烈波动。因此造成液位剧烈波动的根本原因是磁翻板液位计失灵，而当备用冷凝水泵自启动后水位迅速下降，玻璃板液位计显示的才是真实的热井液位。

由于疏水系统属于负压区，若磁翻板液位计法兰密封面存在泄漏，空气会吸入，会影响磁翻板液位计的浮子正常位置，造成液位计显示波动，热井液位随之波动，而一旦法兰面密封效果不好又不容易发现。知道了问题的原因，立即停掉备用运行的冷凝水泵，进、回水液位改为手动控制；对液位计法兰面进行紧固，并涂抹黄油密封，直至10：00液位稳定正常。

3 结 语

本次对汽轮机调速系统和冷凝系统消缺优化后，压缩机可以满负荷运行，汽轮机运行转数稳定。通过上述介绍我们知道，一个小小的杂质就会造成转数的波动，一个法兰面泄漏就会引起液位的波动。化工生产的特殊性要求我们防微杜渐，细节决定成败。另外，密切结合现场实际，多方面、多专业、多角度考虑问题，只有多增进学科间的融合才能更好地解决各种故障和难题。