某火電廠儀用空壓機(jī)跳閘原因分析及對(duì)策研究

王升輝

(1.安徽理工大學(xué)，安徽淮南，232000；2.大唐淮南洛河發(fā)電廠，安徽淮南，232000)

1 引言

儀用壓縮空氣系統(tǒng)在火電企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中有著舉足輕重的地位。空氣壓縮機(jī)作為該系統(tǒng)的核心設(shè)備，其正常工作與否直接關(guān)系火電機(jī)組能否安全運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益影響顯著。

2 案例現(xiàn)象

某火電廠儀用壓縮空氣系統(tǒng)共有A、B、C、D四臺(tái)儀用空壓機(jī)，為1-4號(hào)機(jī)組提供儀用壓縮空氣。其中A、B為美國(guó)原產(chǎn)西門子CGF型水冷空壓機(jī)，C為無錫阿特拉斯GA250-8.5型空冷機(jī)組，D為煙臺(tái)冰輪SCA250-8型空冷機(jī)組。四臺(tái)空壓機(jī)排氣量均為40m3/min左右。正常運(yùn)行時(shí)，由一臺(tái)空壓機(jī)向壓縮空氣母管提供壓縮空氣，經(jīng)組合干燥裝置、緩沖罐供各機(jī)組用戶使用，其余三臺(tái)空壓機(jī)做熱備用，在系統(tǒng)用氣量增大或運(yùn)行空壓機(jī)跳閘時(shí)投入運(yùn)行，維持系統(tǒng)母管壓力在正常范圍內(nèi)。

事故當(dāng)天，A儀用空壓機(jī)正常運(yùn)行，B儀用空壓機(jī)處于檢修狀態(tài)，C、D儀用空壓機(jī)停備。運(yùn)行人員檢查發(fā)現(xiàn)A儀用空壓機(jī)運(yùn)行聲音異常，隨即停運(yùn)，經(jīng)維護(hù)人員處理正常后再次投入運(yùn)行。在重新投運(yùn)A儀用空壓機(jī)之后不久，A儀用空壓機(jī)跳閘，首發(fā)報(bào)警信號(hào)為“第一級(jí)溫度高跳脫”，備用C空壓機(jī)自啟成功。

查閱報(bào)警歷史記錄發(fā)現(xiàn)，跳閘原因首發(fā)“第一級(jí)溫度跳脫”，距“第一級(jí)溫度”報(bào)警信號(hào)發(fā)出僅間隔2秒。空壓機(jī)“第一級(jí)溫度”報(bào)警定值為49℃，“第一級(jí)溫度跳脫”溫度定值為52℃。在2秒時(shí)間內(nèi)，第一級(jí)溫度快速上漲超過3℃。

3 過程分析

空壓機(jī)“第一級(jí)溫度高跳閘”原因存在以下兩種情況：

(1)溫度測(cè)點(diǎn)故障，保護(hù)誤動(dòng)；

(2)溫度快速上漲屬實(shí)，設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常。

經(jīng)對(duì)該測(cè)溫元件檢查后，確認(rèn)元件工作正常，保護(hù)動(dòng)作正確。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備外殼溫度升高故障現(xiàn)象，可以確認(rèn)空壓機(jī)工作溫度異常屬實(shí)。而造成該現(xiàn)象出現(xiàn)有以下幾種可能：

(1)進(jìn)氣量不足；

(2)油系統(tǒng)異常；

(3)機(jī)械故障；

(4)工況異常，發(fā)生喘振。

對(duì)進(jìn)口空氣濾網(wǎng)進(jìn)行檢查，排除了誤操作及進(jìn)氣濾網(wǎng)臟堵原因。對(duì)空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，核對(duì)閥門狀態(tài)以及冷卻水運(yùn)行參數(shù)，排除了因冷卻系統(tǒng)故障造成溫度異常上漲。對(duì)空壓機(jī)油系統(tǒng)檢查無異常。空壓機(jī)外觀檢查無異味、冒煙、異響等明顯故障現(xiàn)象。結(jié)合空壓機(jī)工作溫度快速上升的事實(shí)，設(shè)備運(yùn)行工況發(fā)生變化，出現(xiàn)喘振可能性大。

圖1 A儀用空壓機(jī)跳閘前后系統(tǒng)壓力曲線

查閱A空壓機(jī)跳閘前后歷史參數(shù)曲線可知，在跳閘之前，系統(tǒng)壓力有一個(gè)緩慢上升的過程，原因?yàn)楫?dāng)日某用戶因工作需要，大量使用儀用壓縮空氣，在工作結(jié)束后停止用氣，系統(tǒng)壓力開始上升。

在此之前，A儀用空壓機(jī)運(yùn)行，供1-4號(hào)機(jī)四臺(tái)機(jī)組用氣，出現(xiàn)備用空壓機(jī)因系統(tǒng)壓力低頻繁自啟現(xiàn)象。之后發(fā)現(xiàn)A空壓機(jī)運(yùn)行聲音異常，解體檢查發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)放空閥定位器出現(xiàn)異常。顯示100%關(guān)閉的情況下，實(shí)際仍留有30%左右的開度，部分氣體從放空閥排走，沒有進(jìn)入系統(tǒng)，由此造成A空壓機(jī)出力受限。在供氣四臺(tái)機(jī)組情況下備用空壓機(jī)頻繁自啟。而近期有三臺(tái)機(jī)組相繼停機(jī)備用，用氣量減少，單臺(tái)A空壓機(jī)出力已經(jīng)夠維持平衡。

在檢修人員更換定位器之后，A儀用空壓機(jī)放空閥得以完全關(guān)閉，出力得到有效提升，恰好此時(shí)某用戶正大量使用壓縮空氣，問題沒有及時(shí)顯現(xiàn)。在用戶停止用氣后，系統(tǒng)壓力才較之前出現(xiàn)明顯上升。系統(tǒng)工況出現(xiàn)大幅變化，空壓機(jī)工作點(diǎn)落入不穩(wěn)定區(qū)，出現(xiàn)喘振。從而造成工作級(jí)溫度快速升高，空壓機(jī)跳閘。

4 理論基礎(chǔ)

當(dāng)系統(tǒng)用氣量變化時(shí),空壓機(jī)工作點(diǎn)也隨之變化,進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)后，易造成空壓機(jī)喘振。造成喘振的原因又分為內(nèi)因(進(jìn)口壓力變化，多因誤操作或進(jìn)口濾網(wǎng)臟堵造成)和外因(系統(tǒng)工作點(diǎn)變化，多因用氣量大幅變化引起)。

當(dāng)離心空壓機(jī)進(jìn)氣壓力保持不變時(shí)，其壓力流量特性如圖3所示。當(dāng)空壓機(jī)出口壓力逐漸增加到某一定值時(shí)，空壓機(jī)的工作點(diǎn)將移動(dòng)到喘振線的左側(cè)。此時(shí)，空壓機(jī)的運(yùn)行壓力已超過該空壓機(jī)可以壓縮的最大值，空壓機(jī)就會(huì)發(fā)生喘振，該種喘振稱為自然喘振。在實(shí)際運(yùn)行中，可通過設(shè)定空壓機(jī)出口排氣壓力小于自然喘振壓力以避免喘振出現(xiàn)。

離心空心機(jī)進(jìn)口壓力變化時(shí)流量壓力特性如圖4所示，當(dāng)空壓機(jī)入口門完全打開時(shí)，閥門節(jié)流損失可以忽略不計(jì)，其進(jìn)氣壓力就是大氣壓且不隨流量變化而變化。隨著進(jìn)口門的開度變小，閥門前后壓差將會(huì)增大，進(jìn)氣壓力逐漸下降，出口壓力也隨之下降，對(duì)應(yīng)的壓力與流量特性曲線將向左移動(dòng)，從而使空壓機(jī)工作點(diǎn)也左移。當(dāng)進(jìn)口門關(guān)至某一開度時(shí)，工作點(diǎn)落入喘振區(qū)造成空壓機(jī)喘振。

圖2 離心空壓機(jī)進(jìn)口壓力不變時(shí)流量壓力特性曲線

圖3 離心空壓機(jī)進(jìn)口壓力變化時(shí)流量壓力特性曲線

5 實(shí)踐論證

由于空壓機(jī)跳閘前工作環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，空氣溫度、濕度變化不大，對(duì)進(jìn)口濾網(wǎng)檢查發(fā)現(xiàn)臟污程度輕，進(jìn)口差壓小，說明進(jìn)口空氣量變化不是影響因素。加之故障期間系統(tǒng)出現(xiàn)大負(fù)荷變化，由于外因變化導(dǎo)致空壓機(jī)工作進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)可能性大。

但是，該空壓機(jī)具有自動(dòng)雙重流量限制控制功能，當(dāng)系統(tǒng)壓力到達(dá)空壓機(jī)的設(shè)定值時(shí), 進(jìn)口導(dǎo)葉會(huì)逐漸關(guān)小。此時(shí)，空氣仍然持續(xù)以需求的速率和相對(duì)的壓力輸出。如果系統(tǒng)需求量繼續(xù)下降, 低于空壓機(jī)穩(wěn)定工作的范圍, 進(jìn)口導(dǎo)葉將在繼續(xù)關(guān)小的同時(shí),即在空壓機(jī)運(yùn)行接近喘振曲線時(shí)，打開放空閥, 降低出口壓力, 以預(yù)防喘振，維持空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

為排除空壓機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)閥或放空閥卡澀，造成進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥不能在系統(tǒng)用氣量減少壓力升高時(shí)同步關(guān)小;或者放空閥不能及時(shí)打開，使得空壓機(jī)工作點(diǎn)落入喘振區(qū)可能，再次啟動(dòng)A空壓機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。在排氣壓力上升同時(shí)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥并沒有關(guān)小或者開啟放空閥，為避免空壓機(jī)再次跳閘，立即開啟系統(tǒng)內(nèi)緩沖罐底部放水閥，進(jìn)行適當(dāng)放氣，降低系統(tǒng)壓力，維持空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。由此可推斷，空壓機(jī)喘振屬外因系統(tǒng)壓力升高造成。但是，采取系統(tǒng)放氣措施,不但會(huì)造成工質(zhì)浪費(fèi),而且還會(huì)產(chǎn)生噪音，有悖于節(jié)能降耗大趨勢(shì)，只能作為臨時(shí)應(yīng)急手段。

在系統(tǒng)壓力逐漸上漲同時(shí)，空壓機(jī)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥并沒有隨之關(guān)小，放空閥也沒有開啟，空壓機(jī)自身的防喘振雙重流量設(shè)置并沒有正確動(dòng)作。手動(dòng)降低空壓機(jī)排氣壓力設(shè)定值之后，空壓機(jī)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥方才逐漸關(guān)小，系統(tǒng)壓力隨之下降。說明進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥在壓力設(shè)定值降低之后能夠發(fā)出調(diào)節(jié)指令，且閥門實(shí)際動(dòng)作正常，具備調(diào)節(jié)功能。在進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥關(guān)閉至80%時(shí)，放空閥逐步開大，維持空壓機(jī)出力與設(shè)定值一致，放空閥同樣具備調(diào)節(jié)功能。由此可見，空壓機(jī)雙重流量限制防喘振功能可有效動(dòng)作，問題出在空壓機(jī)排氣壓力設(shè)定值不合理，過高的排氣壓力設(shè)定使得進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥及放空閥在系統(tǒng)用氣量減少、壓力升高時(shí)不能及時(shí)動(dòng)作，自身防喘振功能失效，工作級(jí)溫度高跳閘。

6 總結(jié)

離心空壓機(jī)高排氣壓力設(shè)定可在系統(tǒng)用氣量較大時(shí)保證供氣壓力。但是在用戶減少后，系統(tǒng)壓力會(huì)維持在較高的等級(jí)，一定程度上限制了其本身雙重流量限制防喘振功能。在工況劇烈變化時(shí)，易使空壓機(jī)工作點(diǎn)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，危急設(shè)備安全。故在系統(tǒng)用氣量出現(xiàn)較大范圍變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)空壓機(jī)排氣壓力設(shè)置，超前控制，防止異常出現(xiàn)。

同一系統(tǒng)內(nèi)存在兩臺(tái)及以上空壓機(jī)并列運(yùn)行，尤其是性能差異較大時(shí)，易發(fā)生空壓機(jī)出力不一致，出力低的空壓機(jī)喘振跳閘。進(jìn)而造成系統(tǒng)壓力下降，危急用氣安全。此類情況多出現(xiàn)在備用空壓機(jī)自啟動(dòng)后，與原空壓機(jī)并列運(yùn)行時(shí)。因此，需要及時(shí)對(duì)并列運(yùn)行空壓機(jī)排氣壓力值進(jìn)行調(diào)整，以防止空壓機(jī)喘振跳閘。

在外部環(huán)境發(fā)生較大變化，可能影響進(jìn)氣量時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)檢查與監(jiān)視。比如，柳絮較多的季節(jié)，易發(fā)生進(jìn)氣口因吸附過多柳絮而造成進(jìn)氣量下降，工作點(diǎn)落入不穩(wěn)定區(qū)，運(yùn)行工況惡化。

了解不同型號(hào)的空壓機(jī)流量壓力特性曲線，根據(jù)用戶需求，合理設(shè)置空壓機(jī)工作點(diǎn)，并留有一定裕度用以抗擾動(dòng)。