汽轮机速关油压控制及典型故障分析

何序新

(云南大为制氨有限公司，云南 曲靖 655338)

汽轮机作为化工装置的主要驱动设备之一，通常工作在高温、高压和高转速的状态中，因此对控制系统和保安系统的稳定性、可靠性要求极高。某公司空分氮产品压缩采用的是杭汽HNK25/36/16单缸全凝式汽轮机和沈鼓的压缩机，一拖一模式，正常工作转速：7760 r/min，为下游工序提供合格的氮气。氮产品压缩机汽轮机(X1771)速关油压控制主要由两个部分组成：速关组合件、机组控制系统(ITCC)及硬停车回路[1]。速关组合件采用的是杭汽配套的装置，机组控制系统采用的是施耐德电气TRICONEX TS3000控制系统。速关组合件用于汽轮机遥控启动，就地停机，遥控停机，速关阀联机试验及危急遮断油门自动挂钩，适用于采用电液调节系统的汽轮机。它将调节系统中一些操作件集装在一起的液压件组合，不仅能使操作便捷，还能使得油管路及电气线路的布置趋于合理、简化。机组控制系统(ITCC)及硬停车回路用于速关阀远程开关，为速关组件上的控制电磁阀提供电源，联锁状态下切断停机电磁阀供电，速关油泄压，速关阀关闭，切断汽轮机的进汽，使机组快速停机，以达到保护机组目的[2]。本案例的速关油压异常造成机组停机的故障排查过程对同类型机组避免类似故障，快速找到故障点提供参考依据，具有一定的参考意义。

1 速关油压控制原理

1.1 汽轮机速关组合件的结构及工作原理

1.1.1 速关组合件结构

速关组件的结构和外形见图1。其由以下组件构成：①试验阀;②本体;③启动油电磁阀;④速关油电磁阀;⑤远程急停电磁阀;⑥电液转换器;⑦支座;⑧远程急停电磁阀;⑨辅助滑阀;抽汽电磁阀;现场手动急停电磁阀;内部油路及插装阀(DG16、DG40)等液压元件。本体的不同侧面装接着实现速关组合件功能所需的操作件并留有外管路接口。速关组件的回油由本体的回油口汇入回油管。

图1 氮产品压缩机速关组合件结构外形图

1.1.2 速关组合件功能及工作原理

图2为速关组合件的原理图。启动油电磁阀位号1843，速关油电磁阀位号1842，它们与辅助滑阀位号2200、插装阀DG16一起用于遥控开启速关阀。辅助滑阀2200是液控单向阀、充液阀和插装阀的组合，启动前2200中的插装阀及DG16均处于关闭状态。启动时电磁阀1842和1843同时得电，则1843的P-B成通路，于是启动油F和挂闸油M建立油压，挂闸油M进入汽轮机的危急遮断器自动挂闸。在F通向速关阀的同时，F也通向辅助滑阀2200，并经由液控单向阀进充液阀，使其回油口打开。由于2200中的插装阀上腔回油，使插装阀在油压作用下开启，压力油通向1842，这时1842的P-B、A-T成通路，压力油进入DG16上腔，使DG16仍保持关闭状态，速关油E2压力为0，速关油电磁阀1842得电7s后失电，启动油电磁阀1843在1842失电后保持7s后也失电，即1843的P油口阻断、B-T为通路，于是启动油开始回油。由于1843回油口装有节流孔板和可调针阀，因此速关阀随着启动油的缓慢回油而逐渐启动。在1843复位时，由于速关油已建立压力，于是由速关油取代启动油控制2200中的充液阀，使其回油口保持常开，相应插装阀也就始终处于开启状态[3]。在机组运行过程中，一旦速关油压下跌，则充液阀回油口关闭，致使插装阀关闭，切断P-E2通路，引发速关阀关闭，机组停机。

图2 氮产品压缩机速关组合件原理图

1.2 氮产品压缩机速关阀控制逻辑及硬停车回路

1.2.1 速关阀打开/关闭逻辑

图3为速关阀的远程打开/关闭逻辑。在工艺条件满足且无联锁停机情况下，操作人员通过机组控制系统发出打开速关阀命令，速关油电磁阀和启动油电磁阀同时得电打开，速关油电磁阀打开7S后复位，启动油电磁阀在速关油电磁阀复位7S后也复位，在此过程建立速关油压，速关阀通过速关油克服弹簧阻力而打开[4]。速关阀关闭可采用远程停、辅操台急停、现场急停等方式，触发停机逻辑使得硬回路中OS1771.9或OS177.1继电器断开，停机电磁阀失电机组停机，如图4所示。

图3 速关阀打开/关闭逻辑

图4 机组硬停车回路与供电图

2 速关油压异常造成停机经过

2020年6月12日，因为机组位移测点VZI1778_1高高联锁动作氮产品压缩机组停机，多专业综合判断为机组本身有故障，因此对该压缩机汽轮机侧进行开盖检修。开盖后发现非驱动端轴瓦磨损严重，进行轴瓦更换，于13日下午完成检修。当日18点30分工艺具备条件进行机组冲转，1 h 后机组进入正常转速，运行 20 min 后压缩机跳停。SOE记录为速关油压压力开关PLLL1774_21联锁动作氮产品压缩机组跳停，随后又尝试2次启机，与第一次状况一样，除了PLLL1774_21每次都报警动作外，其他工艺参数均正常。SOE及趋势记录如图5和图6所示。

图5 SOE记录

图6 跳车时机组转速、调速阀开度、控制油压曲线

3 原因检查

3.1 停机原因分析

调取机组停机时的历史趋势曲线和SOE记录，趋势曲线记录在19:50:23的时候压缩机的转速已经下降到 2471 r/min，调速门开度为100%，而SOE记录19:50:47压力开关PLLL1774_21动作发出报警，延时15s以后发出联锁跳停指令。比对发现操作站时间比控制器时间(注：SOE记录时间与控制器同步，趋势记录时间与操作站同步)快了 25 s。对时间进行修正后可以看出，在停机过程中，控制油压稳定无异常，供油系统正常;调速阀能正常打开，说明调速油压及电液转换器正常，硬停车回路调速电磁阀供电正常。故障原因指向速关油低，速关油压低造成速关阀关闭，转速下降，调速系统增大调速阀开度直至全开都不能提升转速，速关油压力开关油压低在延时 15 s 后联锁动作跳停压缩机[5]。能造成速关油压低报警联锁的原因如下：

1)压力开关本身故障;2)速关油电磁阀故障;3)危急遮断器故障;4)速关阀硬停车供电回路中间继电器故障及线路故障;5)控制系统内部程序及卡件通道故障;6)速关组合件内部油路漏油或供油管路堵塞。

3.2 现场仪表检查

现场拆除速关油压开关、启动油电磁阀、速关油电磁阀，拿到仪表试验平台进行检测。速关油压力开关在低于联锁值 0.15 MPa 时多次测试动作正常，启动油电磁阀和速关油电磁阀通电后切换也都正常，但还是更换了新的电磁阀。对中间接线箱及线路进行检查处理，线路无异常。控制系统及现场仪表处理完毕后，工艺满足条件进行冲转，故障仍旧存在。

3.3 危急遮断器检查

对危急遮断器功能进行屏蔽，通过系统模拟发出打开速关阀命令，现场观测就地速关油压力表和启动油压力表，启动油压力指示正常，速关油压力表在启动时有微小变化后回零，速关油压无法建立，速关阀没动作。

3.4 机组控制系统软硬件及硬停车回路检查

对控制系统内部回路、软件程序联锁逻辑和硬停车回路进行检查。首先通过诊断软件对卡件通道诊断，卡件及通道均正常，软件程序联锁逻辑检查也无异常。然后对系统侧回路进行检查，强制输出与速关阀相关的信号，用万用测量中间继电器K21、K25、K26输出及电磁阀SN1771.1、SN1771.1、SN1771.3、SN1771.4 220VAC供电电压都正常，机组控制系统及硬停车回路正常。

3.5 速关组合件及外围油路检查

现场拆下速关组件进行清洗，用洁净空气进行吹扫，同时对速关组件外围油路进行检查清洗后回装，模拟开启速关阀，速关油压还是无法建立，提高控制油油压指标后，速关阀能正常打开，机组正常启动运行。但在后续对压缩机进行巡检时发现，速关组件的回油管路油温偏高，判断为速关组件内部存在大量漏油现象。

4 改进措施

经过上述原因分析，有针对性地采取了改进措施，并进行了实际验证。

1)现场仪表改造

机组速关油压只在现场就地柜设置了油压表，不便于操作监控，在速关油油管上增设一台压力变送器测量速关油压，并把油压信号引入中央控制室进行监控，同时对该仪表进行趋势记录，并设置油压低报警。

2)速关组合件拆解检测

借助装置停车机会，对速关组件拆解检测，检测发现速关组件内部插装阀DG16存在卡塞关不到位现象，更换速关组件内全套插装阀，更换后漏油现象消失。

3)提高控制油压控制指标

在工艺允许的范围适当提高油系统的控制油压，加快速关油压建立速度和补油速度。

5 结语

本次机组因速关油压低异常停车是在一次对机组检修结束后发生的，机组刚检修结束就发生异常停车。是否是因为检修不彻底或是检修过程中不规范操作带来的次生问题，原因难以确定，增加了故障分析难度。另外，在故障判断和分析过程中，由于对速关组合件的工作原理理解不够透彻，故障目标不明确，也增加了故障排查难度。

从本次故障处理过程中，可以得到启发。通过监测速关组件的回油管路油温可以发现速关组合件有漏油现象，但因该管路无温度检测仪表而忽略。速关组合件内部插装阀DG16长期使用会后出现卡塞关不到位问题，使得速关油管路一直漏油，速关油压不能保证。当氮产品压缩机负荷增加时，调速阀增加开度，调速油压增加，在控制油压不变的情况下，速关油压下降，油压不能克服速关阀弹簧阻力而关闭，造成机组异常停车，定期应对速关组合件进行检测维护。经过改进措施的落实，彻底解决了本案例中机组异常停车的故障，确保了机组安全稳定运行。