MS500气轮机常见故障及应对措施

宁 静，杨永祥，李 明，诸 兵

（海洋石油富岛有限公司化肥二部，海南东方 572600）

中国海洋石油富岛有限公司化肥二部年产450kt合成氨、800kt尿素装置，于2003年建成投产；合成氨装置采用的是KBR（凯洛格布朗）工艺。空气压缩机是由GE公司研制、生产的MS5002型双轴燃气轮机驱动，该型机组总体技术先进，运行可靠，但在实际运行中，由于设备自身缺陷或工艺流程不合理，曾先后多次发生故障停机事故，严重影响了装置的稳定运行。本文就MS5002型燃气轮机存在的问题进行分析，并提出相应的改进处理措施。

1 防喘振阀PV1050卡涩故障

1.1 故障现象

化肥二部合成装置二段炉工艺空气由工艺空气压缩机101J提供，工艺空气压缩机四段出口工艺气管线设有压力控制阀PV-1050（12”），该阀同时作为压缩机防喘振调节系统的一部分。为满足压缩机防喘振裕度的要求，正常生产中PV1050一直处于小开度放空（3%～10%）状态，二段炉入口的流量波动比较频繁，不利于装置的稳定运行。另外长期小开度放空对调节阀的磨损较大，多次出现阀杆拉毛、阀门卡涩现象；2009年1月29日，出现阀门卡死无法调节，导致系统被迫停车132h，损失较大。

1.2 解决措施

为了防止防喘振阀PV1050再次出现卡死现象，对故障原因进行分析，发现主要原因是PV1050（12”）阀门长期小阀位状态，且动作频繁，导致阀门磨损较大。为此采取了改进措施，主要做法是：

增加103-D入口工艺空气的压力测量点PT-1050A，与控制器PIC-1050A及调节阀PV-1050A构成简单控制回路，进行自动调节。这样使PV-1050全关，避免了小开度放空，有效地改善了PV-1050运行条件，避免伐杆卡涩引起的停车事故，消除101J防喘振阀调节的不稳定，使101J输出功率根据生产负荷调整，增加装置运行稳定性、可靠性。

二段炉103-D入口压力控制自动调节系统结构图1。

图1 调节控制结构图

2 燃空比高位运行

2.1 故障现象

MS5002燃气透平设置有燃料气/燃烧空气比值高联锁（P4PCC）为1.20。2015—2017，P4PCC一直在1.18～1.19左右高位运行，对系统影响较大。

（1）遇到终端天然气组分波动时，需要经常大幅度减系统负荷，导致系统频繁调整，产量下降，操作风险高，系统稳定性差；

（2）因P4PCC高位运行，燃气透平IGV阀一直保持全开，导致燃气透平能耗高，排气温度低，进入一段炉乏气温度低，增加燃气消耗；

（3）因P4PCC在1.18～1.19高位运行，非常接近联锁值1.2，操作弹性小，系统多次天然气组分波动导致P4PCC高联锁系统跳车；

（4）在2017年6月27日，P4PCC突然上涨至1.193左右，非常接近联锁值1.20.为了保证机组稳定运行，将系统负荷由69t/h降至66t/h运行，P4PCC降至1.18左右。机组的异常工况运行对系统燃气消耗、产量产生巨大影响，是装置长期稳定运行的瓶颈。

2.2 解决措施

根据理论依据：P4PCC是燃气轮机控制阀后燃气压力GHP与轴流式压缩出口燃烧空气压力CPD之比，具体公式是：

式中：P4PCC是燃空比、GHP是燃气压力、CPD是燃烧空气压力

经过分析研究，影响P4PCC变化的是燃气压力和空气压力，即P4PCC上涨原因可能是燃烧空气压力上涨，或者压缩空气压力下降。针对此情况，通过反复查询数据、趋势对比，发现P4PCC上涨趋势与燃气压力上涨趋势基本一致，后通过反复对比历史数据和检修资料，并通过各种实验，逐项排除了变送器故障、燃烧筒燃烧异常、速比阀堵塞、101J效率下降等因素，发现是因为天然气中凝析油含量比正常值高，天然气夹带凝析油，在烧嘴内部的旋流器里结焦、结垢非常严重，导致烧嘴堵塞，使得燃气压力升高，最终使P4PCC大幅升高。

找到问题根源后，采取以下措施：（1）停车检修均清洗烧嘴内部，防止烧嘴结垢、结焦；（2）停车检修均进行离线清洗，离线清洗采用浸泡、多次清洗方式清洗；

（3）通过对燃空比设定值进行深入计算，多次与GE公司探讨，最终将联锁设定值提高至1.28。

通过以上措施，不但彻底解决了燃气透平长期高负荷运行的问题，还减少了燃气消耗，提高了装置运行负荷，增加了产量，并且消除了影响装置长期运行的瓶颈难题。

3 压缩机效率下降

3.1 故障现象

工艺空气压缩机是NUOVO Pignone Florence Italy生产制造的，由两台串联的2MCL1007（101JLP）和2BCL457（101JHP）型离心压缩机组成。在因外界原因长时间停机（大概30d）再次启动后，发现机组做功效率较停车前严重下降（约有20%），经停机开缸检查发现压缩机隔板和叶轮锈蚀严重。分析原因是因为压缩机隔板和叶轮均采用碳钢材质，停机期间长期与空气接触产生锈蚀，影响机组做功效率。

3.2 解决措施

针对此情况，采取了一系列改进措施：

（1）首先是机组停机时通过缸体导淋连接N2气管线对缸体进行保护，避免锈蚀。因充N2气存在一定的安全隐患，又改为充仪表空气保护，效果非常好。

（2）如机组开缸检修，则对隔板和叶轮进行除锈处理。刚开始用人工除锈，工作量大，耗时长，效果不是很理想；后购买专用高压喷枪，采用干冰清洗，效果非常好，省时省力。

经过以上措施，有效地解决了压缩机因隔板和叶轮生锈导致效率下降的问题。

4 压缩机段间冷却分离器101JC1/2/3 液位联锁误动作

4.1 故障现象

工艺空气压缩机101J共有3段入口冷却分离器，分别为101JC1、101JC2、101JC3，每个冷却器分离均有两台液位变送器分别用于报警和联锁。以3段入口冷却器101JC2为例，有两个液位变送器LT1136和LT1236，分别用于报警和联锁。两变送器取压点不同，流程如图2。

图2 段间冷却分离器101JC2液位变送器流程图

液位报警和联锁逻辑在Mark VI中实现，报警设定值80%，联锁设定值为90%。101J空压机三个段间冷却器液位联锁均为单点联锁，如果引压部分堵塞或泄漏、变送器误动作以及仪表回路出现故障，将引起101J机组联锁动作造成机组跳机，继而造成化肥二部合成氨、尿素生产装置停车。2010年12月21日曾出现工艺空气压缩机3段入口冷却器液位高联锁变送器故障造成的装置停车。

4.2 解决措施

（1）新增液位变送器LT1235A1236A1237A，应用LT1135/1136/1137引压孔上原有三通取压，并依据联锁液位变送器LT123512361237的量程进行重新标定。

（2）将段间冷却器原报警液位变送器LT113511361137依据联锁液位变送器LT123512361237的量程进行重新标定，使相同冷却器三台变送器量程一致。

（3）新增液位变送器I/O组态及描述，新增差值报警事件记录。

（4）修改Mark VI内部组态，将每台冷却器的三台液位计测量值取中值后，分别与报警设定点70%以及联锁设定点90%进行比较，超过设定值产生报警或联锁；当三台液位变送器中的任意两台出现故障报警时，引起联锁；当三台液位计间的差值超过5%时，产生诊断报警。

经过以上措施后，完全解决了液位联锁误动作故障。

5 结束语

通过近2a的实际运行，上述问题得到了有效的解决，机组运行更加安全可靠，目前，101JGT机组已连续运行300d。