汽轮机试车问题探析与解决措施

马增良，马文礼，刘俊生，王家兴，陈 勇

（中国石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依834003）

汽轮机是以蒸汽为工质，并将蒸汽的热能转化为机械能的旋转机械，广泛应用于化工企业［1］。文中对影响某公司装置试车进程的关键机组汽轮机试车过程中的故障和难点问题及仪表联锁引起的非计划停机事故进行深入研究，对采取的技术措施进行总结，提出汽轮机运行设备管理建议，以更好的为生产和提高设备管理水平服务。

1 汽轮机概述

此次试车机组为凝汽式汽轮机，采用WOODWARD Peak150数字电子调节器，并配有必要的保安装置，以确保机组安全运行。为方便维护和监视，多种监视仪表及保安信号集中在就地仪表柜上。起动和停机都编制了程序，可在控制系统的前面板上直接操作，汽轮机调节系统原理见图1。

图1 汽轮机调节系统原理

2 汽轮机试车故障分析

此次试车汽轮机机组发生事故类型多，原因复杂，试车过程的故障详情见表1。

表1 试车过程中的故障统计

2.1 汽轮机真空恶化

运行中汽轮机真空的好坏，不仅影响机组运行时的经济性，而且影响到机组的出力和安全［2］。因此，各类凝汽式机组在运行规程中都规定正常运行中允许的真空最低值，K-404汽轮机的正常真空值规定为≥-0.075 MPa。

在试车过程中K-404汽轮机凝汽器真空缓慢下降，表现为汽轮机在同一负荷下的真空值缓慢下降，由-0.09 MPa下降到-0.069 MPa，并稳定在-0.069 MPa真空值上，排气温度由40℃升高68℃，排气压力增大。据统计，在试车过程中共发生过3起汽轮机真空恶化故障。

汽轮机真空度缓慢下降有5个原因。

（1）真空系统不严密，漏空气；

（2）凝汽器水位高；

（3）凝汽器内循环水量不足；

（4）抽气器不正常或效率降低；

（5）凝汽器铜管结垢堵塞或闭式循环冷却设备异常［3］。

2.2 汽轮机本体和减速箱轴承振动值大

对K-404汽轮机机组进行了动态监测，发现汽轮机本体振动大，监测数据见表2。

表2 K-404汽轮机动态监测数据/（mm·s-2）

综合分析表2数据表明：汽轮机前轴承和后轴承水平方向振动值偏大，分别在0.55和0.60以上，减速箱小齿轮前轴承水平方向振动值最大值为0.89，垂直方向振动值最大为0.67，减速箱小齿轮后轴承的振动也比较大，而振动值较大的轴承的温度均超标，汽轮机的前径向轴承、减速箱小齿轮前径向轴承和后径向轴承温度分别为72℃、71℃、66℃，均超出了H报警值65℃。

2.3 汽轮机油路故障

汽轮机试车建油路过程中，高压油油压偏大，为0.559 MPa，；2次油压0.442 MPa，偏大；速关油压0.57 MPa，偏大；润滑油压不到0.1 MPa，偏小。据统计此次试车油路故障共发生过3起。

检查双联过滤器后发现滤网前后压差达到0.3 MPa，远远超出小于0.1MPa的规定值，润滑油路系统（润滑油压），保安油路系统（速关油压），调节油路系统（高压油、2次油压）3大油路系统都是直接由主油泵供油，其中1个油路系统（润滑油路系统）堵塞，必然会造成其它2路系统的油压（高压油、2次油压、速关油压）升高，究其原因主要是：汽轮机油路系统经过跑油循环后，附着在管壁上的杂质未清除干净，堵塞了双联过滤器的滤芯是导致此次油路事故的直接原因［4］。

2.4 转数波动大

汽轮机经过大修后，低速暖机时转数波动很大，转速不能稳定在设定值1 500 rpm低速暖机，当达到2 600 rpm时才停下来开始暖机，在起机阶段由于转速波动很大，现场观察为错油门油动机滑阀位移上下移动频繁，不具备开机条件［5］。

PLC程序设定1 500 rpm为汽轮机低速暖机转速，转数波动大有6个原因。

（1）信号干扰；

（2）液压油油量不足、油压不稳；

（3）运行初期的液压油中含空气；

（4）传动间隙、磨损；

（5）油脏、I/H或错油门卡涩；

（6）遥控转速给定值波动。

经过分析并现场试验，认为是错油门卡涩的可能性最大。

2.5 汽轮机非计划停车故障

第1次停机发生时：转速为6 394 rpm，润滑油压未作记录；第2次停机发生时：转速为6 220 rpm，润滑油压为0.195 MPa；第3次停机发生时：转速为6 180 rpm，润滑油压为0.194 MPa。

针对以上3次停机之后的分析，文中做了5个可能导致超速停机输出的假设。

（1）对讲机频率干扰；

（2）PK150自身故障，导致其在工作一段时间后发出错误的停机信号；

（3）转速探头测量故障，在检测转速的时候不定时发出1个较高频率信号，或者转速探头传输信号受未知干扰变形，使PK150误认为实际转速超速从而输出停机信号；

（4）接地不好，由于PK150与汽轮机机柜的机壳相通，而汽轮机机柜内有220 V供电设备，而且机柜与旁滤机柜相通，旁滤机柜均220 V供电，导致其受到交流电干扰而发出超速信号；

（5）转速探头信号线靠近电气控制室通过，受到电气强电干扰导致传入PK150的信号错误从而引起停机。

方玫突然动了一个念头。她主动提出给徐东洗衣服。徐东那种惊喜的表情，让方玫觉得很有趣，就好像发现了一个只属于她的小秘密。

3 解决措施

3.1 汽轮机真空恶化的应对措施

通过头发丝检漏试验，对所有和凝汽器连接的阀门与管线焊接处做试验，并未找出泄漏点。排除原因（1）真空系统不严密漏气；

在试车过程中投入使用LV-525热井液位自动调节阀，从液位计显示数据来看，凝汽器热井液位始终保持在正常液位，DCS上显示热井液位并未发生异常，排除了原因（2）；

进入凝汽器循环水量通过FT-1407电磁流量计显示始终保持在600 m3/h以上，凝汽器循环冷却水供应量充足，排除了原因（3）；

试车时发现1级主抽气器疏水回水至凝汽器管线是凉的，判断有可能是疏水回水管线堵塞，但是经检查完好；

接着把1级主抽气器拆开后发现喷嘴口被焊渣堵塞，经清理后再次使用，凝汽器的真空度迅速上升到先前的正常真空度值-0.09 MPa，问题得已解决。

3.2 汽轮机和减速箱轴承振动值大的应对措施

通过测定汽轮机各个部件和轴承的振动值，并与额定工况时允许值作对比分析，查出振动大的部位为汽轮机减速齿轮箱部位，开箱检测时发现减速箱内高速轴上有裂纹，测定轴的弯曲度值正常，进而作动平衡试验，发现转子不平衡，在高速下找回转子动平衡，再次运行时动态监测数据显示振动值明显减小［6］，具体振动数据见表3。

表3 K-404汽轮机动态监测数据/（mm·s-2）

3.3 汽轮机油路故障的解决措施

更换滤芯后润滑油压力正常，双联过滤器前、后压差在0.04 MPa，高压油、速关油和2次油压回到正常值，分别为0.51 MPa、0.52 MPa、0.156 MPa。

3.4 转数波动大的解决措施

拆下错油门油动机进行油路检查，清洗错油门油动机后再次开机，开机正常，转速曲线呈递增趋势。

错油门油动机是调节系统中的传动放大机构，通过错油门油动机传动放大后的油压来控制调节阀的开度以控制进气量来控制汽轮机的转速，当错油门、油动机发生卡塞，调节气阀进气量不均匀，造成转速波动大［7］。

当进气压力在一瞬间突然增大突破卡塞活塞的摩擦力时，调节气阀会突然增大，导致进气量瞬间增多，转速突然增加跃居到DCS显示的峰值。

3.5 汽轮机非计划停车自控原因分析

（1）汽轮机控制柜接线中，停机电池阀2225的供电回路由K4、K5继电器的常闭触点串联而成，导致停机电磁阀失电必须由继电器K4、K5得电常闭触点断开引起。而K4、K5继电器得电又由继电器K1、K2、K3得电或者PLC的K3.0、K3.1端子通路引起。因此由此可排除K4、K5继电器线圈端信号线松动引起停机的可能性；

（2）Peak150的14号 端 子 为PLC输 入 到peak150的外部跳闸命令，如果此回路线松动可能导致停机；另外停机电磁阀2225回路线路松动也可能导致电磁阀失电停机。但是在测试过程中仔细检查线路并无松动，而且在peak150以及汽轮机机柜复位状态下断开上述回路之后，peak150输出停机信号，提示1（外部停机），但并不向DCS输出超速停机信号。而且每次停机之后将peak150以及汽轮机控制柜复位之后均能够顺利开启汽轮机。因此判断也不会是此回路的线路问题；

（3）在汽轮机开启状态并且转速在5 900 rpm的情况下，拆除转速探头1的线，Peak150报转速探头1故障，并向DCS输出转速探头故障提示，但显示转速并无太大变化；同样方法拆除转速探头2的信号线后效果一样。由此排除停机由转速探头故障引起的可能；

（4）汽轮机润滑油油压低低停机联锁值为0.03 MPa，3次停机的润滑油压均未达到联锁值，做润滑油压低低锁停机测试并不提示超速停机。

针对先前可能导致超速停机输出的假设，采取以下措施来验证：

（1）汽轮机在启机状态下操作人员在室内PK150附近以及到现场转速探头附近使用对讲机，结果系统运行正常。因此可以排除汽轮机停机由对讲机频率干扰引起的可能性；

（2）仪表人员将原系统PK150更换为新设备之后开机。不久再次发生超速停机，现象与之前的停机现象完全一致（停机转速6 160 rpm；润滑油油压0.143 MPa；2次油压0.344 MPa）。由此排除原用PK150自身存在故障的可能性；

（3）针对转速探头存在故障的可能性，对原用的3个探头进行了整体更换。10月14日开机，10月16日超速停机，现象依然与之前停机现象完全一致（停机转速6 110 rpm；润滑油油压0.143 MPa；2次油压0.340 MPa），由此排除了转速探头存在故障的可能性；

（4）10月17日电修检查接地正常，电修安全地与仪表保护地均符合接地要求，再次检查接地线，确认无误再次开机。10月22日停机，现象依然与之前停机现象完全一致（停机转速6 128 rpm；润滑油油压0.142 MPa；2次油压0.341 MPa）。因此排除了接地存在问题的可能性；

（5）10月22日重新放置转速探头信号电缆，该电缆距离电修机柜室5 m，厂家自带示波器查看转速探头所测信号，经示波器显示转速探头信号为标准正弦波并且看不出有强干扰导致波形变形的现象。开机之后10月23日再次停机，现象依然与之前停机现象完全一致（停机转速6 092 rpm；润滑油油压0.140 MPa；2次油压0.340 MPa）。由此排除了转速探头信号由信号线上干扰以及波形变形引起停机的可能性；

（6）10月31日检查汽轮机齿轮箱后再次开机时无法正常开机，体现为升速时转速剧烈波动，之后达到PK150设定的底限值视为无转速从而输出无转速停机。同时现场检查汽轮机错油门动作存在卡涩现象，于是清洗错油门后开机，运转20 d后再次停机，现象仍然与之前停机现象完全一致（停机转速6 276rpm；润滑油油压0.138 MPa；2次油压0.365 MPa）。

3.6 停机联锁整改措施

（1）由于PK150系统本身具有将转速信号用4～20 mA标准信号输出的功能，并且该信号已引入DCS进行监控，因此将原本由PK150完成的超速跳闸功能改为由DCS根据PK150传输过来的转速信号实现。

将DCS接收的转速值的高高报警设定为超速停机设定值6 900 rpm。当DCS中转速达到停机设定值时逻辑输出一开关闭合信号，将DCS转速发生高高报警时的开关信号并联至原PK150超速停机线路上以共同驱动K2继电器实现停机。由此更改则保留了PK150自身的手动停机以及无转速停机功能，当PK150与DCS任一位置输出停机信号时均会发生停机；

（2）修改PK150的超速停机设定值达到最大的15 000 rpm，避免PK150因为未知干扰而误输出停机指令；

（3）由于PK150在只有1只转速探头信号正常的情况下依然可以对汽轮机转速进行正常控制，因此，此次仍然只用1只转速探头信号进入起控制的PK150，另1只转速探头信号则进入另1台用于参照的PK150，该PK150只用于显示转速，不做控制。

经以上整改措施之后该装置汽轮机一直运行正常，无意外停机发生，汽轮机试车过程中遇到的近20次仪表连锁非计划停车事故得以解决，汽轮机试车成功标志着该装置开工正常。

4 结束语

此次汽轮机试车过程中出现事故类型较多，原因复杂，经过深入研究，根据其表现出来的不同特点，加以分析判断，终使问题成功解决，为关键设备汽轮机的运行管理提供了可借鉴的经验。