硝酸一裝置汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)分析與處理

范倫 李永水（遼陽石化分公司尼龍廠 遼寧遼陽 111003）

一.汽輪機(jī)及其故障簡(jiǎn)介

尼龍廠硝酸一裝置汽輪機(jī)(N184)采用中壓蒸汽(MS)驅(qū)動(dòng)，通過聯(lián)軸器帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)(C124)運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮的空氣與氨氣反應(yīng)生成一氧化氮，通過后續(xù)反應(yīng)生成硝酸。生產(chǎn)過程中，通過調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)氣閥的開度來控制空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整生產(chǎn)負(fù)荷。當(dāng)MS蒸汽波動(dòng)影響生產(chǎn)時(shí)，需要通過調(diào)速器的調(diào)節(jié)來保證生產(chǎn)穩(wěn)定。

硝酸一裝置N184-C124機(jī)組2009至2010年運(yùn)行狀況不理想，自從2010年4月2日檢修開車后，機(jī)組轉(zhuǎn)速就時(shí)常出現(xiàn)波動(dòng)。2009-2010年期間，因N184-C124機(jī)組故障造成裝置停車3次，其中2次造成閥桿斷裂。

二.汽輪機(jī)故障原因分析

為了制定出有效的防范措施和檢修方案，必須清楚故障原因，造成轉(zhuǎn)速波動(dòng)的原因主要有三點(diǎn)：

1.裝置負(fù)荷調(diào)整

2.調(diào)速器故障

3.管網(wǎng)蒸汽壓力波動(dòng)

以下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分別對(duì)故障原因進(jìn)行分析，找出真正的故障原因。

1、裝置負(fù)荷調(diào)整

仔細(xì)檢查控制室DCS記錄數(shù)據(jù)和生產(chǎn)指令記錄發(fā)現(xiàn)，三次停車當(dāng)天均為做出負(fù)荷調(diào)整，因此排除負(fù)荷調(diào)整造成的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

2、調(diào)速器故障

裝置停車后，將調(diào)速器拆下送至生產(chǎn)監(jiān)測(cè)部轉(zhuǎn)機(jī)研究所，經(jīng)專業(yè)人員解體后，發(fā)現(xiàn)離心飛錘—導(dǎo)閥組件，動(dòng)力缸組件潤(rùn)滑良好，潔凈無油污，零部件也無損壞，經(jīng)仔細(xì)清洗后回裝，上試驗(yàn)臺(tái)調(diào)校后一切參數(shù)正常，至此可以排除調(diào)速器故障。

3、管網(wǎng)蒸汽壓力波動(dòng)

查看控制室透平崗位記錄數(shù)據(jù)，對(duì)照N184入口壓力與轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)看出，當(dāng)N184入口壓力大于3.7MPa時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速偏移正常轉(zhuǎn)速8150較多，波動(dòng)越明顯，，當(dāng)N184入口壓力小于3.7MPa時(shí)，機(jī)組運(yùn)行波動(dòng)逐漸減小，當(dāng)N184入口壓力在3.5MPa附近時(shí)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

分析DCS系統(tǒng)中壓力與轉(zhuǎn)速曲線圖可以看出，壓力在3.3MPa至3.8MPa之間波動(dòng)，隨著壓力波動(dòng)轉(zhuǎn)速存在一定波動(dòng)。當(dāng)壓力在3.5MPa或更低時(shí)，轉(zhuǎn)速維持在8130-8170左右，不會(huì)偏離正常轉(zhuǎn)速8150太多；當(dāng)壓力大于3.5MPa時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)逐漸加大，當(dāng)壓力在3.7MPa左右時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到8200RPM，當(dāng)壓力達(dá)到3.8MPa時(shí)，轉(zhuǎn)速曲線驟升，壓力值已超出調(diào)速器工作范圍，蒸汽波動(dòng)已不能被調(diào)速器所調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)明顯升高，此時(shí)監(jiān)測(cè)到機(jī)組振值明顯升高，威脅到機(jī)組安全運(yùn)行。

綜上所述，可以判定造成調(diào)速閥桿斷裂的原因?yàn)椋篗S蒸汽壓力過高導(dǎo)致調(diào)速器工作不正常，引起調(diào)速閥桿頻繁上下竄動(dòng)，造成閥桿疲勞斷裂。因此MS蒸汽壓力過高是造成裝置停車的直接原因。

三.汽輪機(jī)故障處理措施及節(jié)流孔板選型

根據(jù)以上分析，只需降低MS蒸汽壓力，就可從根本上解決汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)現(xiàn)象。而MS蒸汽來源于蒸汽管網(wǎng)，經(jīng)多個(gè)分支去往各個(gè)生產(chǎn)裝置，為了保持每個(gè)裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)，MS管網(wǎng)壓力不能隨意改動(dòng)，因此，依靠降低管網(wǎng)MS壓力的方法是不現(xiàn)實(shí)的。只能采取措施來降低汽輪機(jī)入口管道的MS蒸汽壓力。

流體在通過裝有節(jié)流孔板的管道時(shí)，由于節(jié)流孔板的局部阻力而產(chǎn)生的部分能量損失使得通過節(jié)流孔板的流體壓力降低。車間技術(shù)人員多方面驗(yàn)證后，決定采用節(jié)流孔板的節(jié)流作用來降低汽輪機(jī)入口MS蒸汽壓力。

1.節(jié)流孔板的選型

節(jié)流孔板在降壓精度不高的前提下使用。此次改造中，只需將MS蒸汽壓力降到3.4MPa左右即可滿足生產(chǎn)需要，不需要降低至一個(gè)精確的壓力值，所以可以選用節(jié)流孔板。

2.節(jié)流孔板孔徑的計(jì)算

MS蒸汽的各項(xiàng)參數(shù)如下：

壓力：3.6210MPa（表壓），3.7223MPa（絕對(duì)壓力），溫度：388.1℃，流量：28.83t/h，質(zhì)量流速 G：453.4kg/m2.s，粘度 μ：2.72×10-2mpa.s（由溫度壓力表求得），Re=DG/μ=2.5×103，壓縮系數(shù)Z：0.9398，MS蒸汽絕熱指數(shù)k取1.3。

計(jì)算公式【1】如下：

由上述公式求得節(jié)流孔板孔徑d0=82mm

四.節(jié)流孔板使用效果

車間于2010年11月5日將節(jié)流孔板安裝于MS蒸汽入口管道上,安裝后壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速未出現(xiàn)大的波動(dòng)，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，起到了良好的效果，解決了影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸問題。

[1]化工部工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[M].北京：化工部，1996,5.