汽輪機(jī)試車問題探析與解決措施

馬增良，馬文禮，劉俊生，王家興，陳 勇

（中國(guó)石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依834003）

汽輪機(jī)是以蒸汽為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，廣泛應(yīng)用于化工企業(yè)［1］。文中對(duì)影響某公司裝置試車進(jìn)程的關(guān)鍵機(jī)組汽輪機(jī)試車過程中的故障和難點(diǎn)問題及儀表聯(lián)鎖引起的非計(jì)劃停機(jī)事故進(jìn)行深入研究，對(duì)采取的技術(shù)措施進(jìn)行總結(jié)，提出汽輪機(jī)運(yùn)行設(shè)備管理建議，以更好的為生產(chǎn)和提高設(shè)備管理水平服務(wù)。

1 汽輪機(jī)概述

此次試車機(jī)組為凝汽式汽輪機(jī)，采用WOODWARD Peak150數(shù)字電子調(diào)節(jié)器，并配有必要的保安裝置，以確保機(jī)組安全運(yùn)行。為方便維護(hù)和監(jiān)視，多種監(jiān)視儀表及保安信號(hào)集中在就地儀表柜上。起動(dòng)和停機(jī)都編制了程序，可在控制系統(tǒng)的前面板上直接操作，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理見圖1。

圖1 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理

2 汽輪機(jī)試車故障分析

此次試車汽輪機(jī)機(jī)組發(fā)生事故類型多，原因復(fù)雜，試車過程的故障詳情見表1。

表1 試車過程中的故障統(tǒng)計(jì)

2.1 汽輪機(jī)真空惡化

運(yùn)行中汽輪機(jī)真空的好壞，不僅影響機(jī)組運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，而且影響到機(jī)組的出力和安全［2］。因此，各類凝汽式機(jī)組在運(yùn)行規(guī)程中都規(guī)定正常運(yùn)行中允許的真空最低值，K-404汽輪機(jī)的正常真空值規(guī)定為≥-0.075 MPa。

在試車過程中K-404汽輪機(jī)凝汽器真空緩慢下降，表現(xiàn)為汽輪機(jī)在同一負(fù)荷下的真空值緩慢下降，由-0.09 MPa下降到-0.069 MPa，并穩(wěn)定在-0.069 MPa真空值上，排氣溫度由40℃升高68℃，排氣壓力增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在試車過程中共發(fā)生過3起汽輪機(jī)真空惡化故障。

汽輪機(jī)真空度緩慢下降有5個(gè)原因。

（1）真空系統(tǒng)不嚴(yán)密，漏空氣；

（2）凝汽器水位高；

（3）凝汽器內(nèi)循環(huán)水量不足；

（4）抽氣器不正?；蛐式档停?/p>

（5）凝汽器銅管結(jié)垢堵塞或閉式循環(huán)冷卻設(shè)備異常［3］。

2.2 汽輪機(jī)本體和減速箱軸承振動(dòng)值大

對(duì)K-404汽輪機(jī)機(jī)組進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)本體振動(dòng)大，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 K-404汽輪機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)/（mm·s-2）

綜合分析表2數(shù)據(jù)表明：汽輪機(jī)前軸承和后軸承水平方向振動(dòng)值偏大，分別在0.55和0.60以上，減速箱小齒輪前軸承水平方向振動(dòng)值最大值為0.89，垂直方向振動(dòng)值最大為0.67，減速箱小齒輪后軸承的振動(dòng)也比較大，而振動(dòng)值較大的軸承的溫度均超標(biāo)，汽輪機(jī)的前徑向軸承、減速箱小齒輪前徑向軸承和后徑向軸承溫度分別為72℃、71℃、66℃，均超出了H報(bào)警值65℃。

2.3 汽輪機(jī)油路故障

汽輪機(jī)試車建油路過程中，高壓油油壓偏大，為0.559 MPa，；2次油壓0.442 MPa，偏大；速關(guān)油壓0.57 MPa，偏大；潤(rùn)滑油壓不到0.1 MPa，偏小。據(jù)統(tǒng)計(jì)此次試車油路故障共發(fā)生過3起。

檢查雙聯(lián)過濾器后發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)前后壓差達(dá)到0.3 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出小于0.1MPa的規(guī)定值，潤(rùn)滑油路系統(tǒng)（潤(rùn)滑油壓），保安油路系統(tǒng)（速關(guān)油壓），調(diào)節(jié)油路系統(tǒng)（高壓油、2次油壓）3大油路系統(tǒng)都是直接由主油泵供油，其中1個(gè)油路系統(tǒng)（潤(rùn)滑油路系統(tǒng)）堵塞，必然會(huì)造成其它2路系統(tǒng)的油壓（高壓油、2次油壓、速關(guān)油壓）升高，究其原因主要是：汽輪機(jī)油路系統(tǒng)經(jīng)過跑油循環(huán)后，附著在管壁上的雜質(zhì)未清除干凈，堵塞了雙聯(lián)過濾器的濾芯是導(dǎo)致此次油路事故的直接原因［4］。

2.4 轉(zhuǎn)數(shù)波動(dòng)大

汽輪機(jī)經(jīng)過大修后，低速暖機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)波動(dòng)很大，轉(zhuǎn)速不能穩(wěn)定在設(shè)定值1 500 rpm低速暖機(jī)，當(dāng)達(dá)到2 600 rpm時(shí)才停下來開始暖機(jī)，在起機(jī)階段由于轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大，現(xiàn)場(chǎng)觀察為錯(cuò)油門油動(dòng)機(jī)滑閥位移上下移動(dòng)頻繁，不具備開機(jī)條件［5］。

PLC程序設(shè)定1 500 rpm為汽輪機(jī)低速暖機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)數(shù)波動(dòng)大有6個(gè)原因。

（1）信號(hào)干擾；

（2）液壓油油量不足、油壓不穩(wěn)；

（3）運(yùn)行初期的液壓油中含空氣；

（4）傳動(dòng)間隙、磨損；

（5）油臟、I/H或錯(cuò)油門卡澀；

（6）遙控轉(zhuǎn)速給定值波動(dòng)。

經(jīng)過分析并現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，認(rèn)為是錯(cuò)油門卡澀的可能性最大。

2.5 汽輪機(jī)非計(jì)劃停車故障

第1次停機(jī)發(fā)生時(shí)：轉(zhuǎn)速為6 394 rpm，潤(rùn)滑油壓未作記錄；第2次停機(jī)發(fā)生時(shí)：轉(zhuǎn)速為6 220 rpm，潤(rùn)滑油壓為0.195 MPa；第3次停機(jī)發(fā)生時(shí)：轉(zhuǎn)速為6 180 rpm，潤(rùn)滑油壓為0.194 MPa。

針對(duì)以上3次停機(jī)之后的分析，文中做了5個(gè)可能導(dǎo)致超速停機(jī)輸出的假設(shè)。

（1）對(duì)講機(jī)頻率干擾；

（2）PK150自身故障，導(dǎo)致其在工作一段時(shí)間后發(fā)出錯(cuò)誤的停機(jī)信號(hào)；

（3）轉(zhuǎn)速探頭測(cè)量故障，在檢測(cè)轉(zhuǎn)速的時(shí)候不定時(shí)發(fā)出1個(gè)較高頻率信號(hào)，或者轉(zhuǎn)速探頭傳輸信號(hào)受未知干擾變形，使PK150誤認(rèn)為實(shí)際轉(zhuǎn)速超速?gòu)亩敵鐾C(jī)信號(hào)；

（4）接地不好，由于PK150與汽輪機(jī)機(jī)柜的機(jī)殼相通，而汽輪機(jī)機(jī)柜內(nèi)有220 V供電設(shè)備，而且機(jī)柜與旁濾機(jī)柜相通，旁濾機(jī)柜均220 V供電，導(dǎo)致其受到交流電干擾而發(fā)出超速信號(hào)；

（5）轉(zhuǎn)速探頭信號(hào)線靠近電氣控制室通過，受到電氣強(qiáng)電干擾導(dǎo)致傳入PK150的信號(hào)錯(cuò)誤從而引起停機(jī)。

方玫突然動(dòng)了一個(gè)念頭。她主動(dòng)提出給徐東洗衣服。徐東那種驚喜的表情，讓方玫覺得很有趣，就好像發(fā)現(xiàn)了一個(gè)只屬于她的小秘密。

3 解決措施

3.1 汽輪機(jī)真空惡化的應(yīng)對(duì)措施

通過頭發(fā)絲檢漏試驗(yàn)，對(duì)所有和凝汽器連接的閥門與管線焊接處做試驗(yàn)，并未找出泄漏點(diǎn)。排除原因（1）真空系統(tǒng)不嚴(yán)密漏氣；

在試車過程中投入使用LV-525熱井液位自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從液位計(jì)顯示數(shù)據(jù)來看，凝汽器熱井液位始終保持在正常液位，DCS上顯示熱井液位并未發(fā)生異常，排除了原因（2）；

進(jìn)入凝汽器循環(huán)水量通過FT-1407電磁流量計(jì)顯示始終保持在600 m3/h以上，凝汽器循環(huán)冷卻水供應(yīng)量充足，排除了原因（3）；

試車時(shí)發(fā)現(xiàn)1級(jí)主抽氣器疏水回水至凝汽器管線是涼的，判斷有可能是疏水回水管線堵塞，但是經(jīng)檢查完好；

接著把1級(jí)主抽氣器拆開后發(fā)現(xiàn)噴嘴口被焊渣堵塞，經(jīng)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，問題得已解決。

3.2 汽輪機(jī)和減速箱軸承振動(dòng)值大的應(yīng)對(duì)措施

通過測(cè)定汽輪機(jī)各個(gè)部件和軸承的振動(dòng)值，并與額定工況時(shí)允許值作對(duì)比分析，查出振動(dòng)大的部位為汽輪機(jī)減速齒輪箱部位，開箱檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)減速箱內(nèi)高速軸上有裂紋，測(cè)定軸的彎曲度值正常，進(jìn)而作動(dòng)平衡試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡，在高速下找回轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，再次運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示振動(dòng)值明顯減?。?］，具體振動(dòng)數(shù)據(jù)見表3。

表3 K-404汽輪機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)/（mm·s-2）

3.3 汽輪機(jī)油路故障的解決措施

更換濾芯后潤(rùn)滑油壓力正常，雙聯(lián)過濾器前、后壓差在0.04 MPa，高壓油、速關(guān)油和2次油壓回到正常值，分別為0.51 MPa、0.52 MPa、0.156 MPa。

3.4 轉(zhuǎn)數(shù)波動(dòng)大的解決措施

拆下錯(cuò)油門油動(dòng)機(jī)進(jìn)行油路檢查，清洗錯(cuò)油門油動(dòng)機(jī)后再次開機(jī)，開機(jī)正常，轉(zhuǎn)速曲線呈遞增趨勢(shì)。

錯(cuò)油門油動(dòng)機(jī)是調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)，通過錯(cuò)油門油動(dòng)機(jī)傳動(dòng)放大后的油壓來控制調(diào)節(jié)閥的開度以控制進(jìn)氣量來控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)錯(cuò)油門、油動(dòng)機(jī)發(fā)生卡塞，調(diào)節(jié)氣閥進(jìn)氣量不均勻，造成轉(zhuǎn)速波動(dòng)大［7］。

當(dāng)進(jìn)氣壓力在一瞬間突然增大突破卡塞活塞的摩擦力時(shí)，調(diào)節(jié)氣閥會(huì)突然增大，導(dǎo)致進(jìn)氣量瞬間增多，轉(zhuǎn)速突然增加躍居到DCS顯示的峰值。

3.5 汽輪機(jī)非計(jì)劃停車自控原因分析

（1）汽輪機(jī)控制柜接線中，停機(jī)電池閥2225的供電回路由K4、K5繼電器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)而成，導(dǎo)致停機(jī)電磁閥失電必須由繼電器K4、K5得電常閉觸點(diǎn)斷開引起。而K4、K5繼電器得電又由繼電器K1、K2、K3得電或者PLC的K3.0、K3.1端子通路引起。因此由此可排除K4、K5繼電器線圈端信號(hào)線松動(dòng)引起停機(jī)的可能性；

（2）Peak150的14號(hào) 端 子 為PLC輸 入 到peak150的外部跳閘命令，如果此回路線松動(dòng)可能導(dǎo)致停機(jī)；另外停機(jī)電磁閥2225回路線路松動(dòng)也可能導(dǎo)致電磁閥失電停機(jī)。但是在測(cè)試過程中仔細(xì)檢查線路并無松動(dòng)，而且在peak150以及汽輪機(jī)機(jī)柜復(fù)位狀態(tài)下斷開上述回路之后，peak150輸出停機(jī)信號(hào)，提示1（外部停機(jī)），但并不向DCS輸出超速停機(jī)信號(hào)。而且每次停機(jī)之后將peak150以及汽輪機(jī)控制柜復(fù)位之后均能夠順利開啟汽輪機(jī)。因此判斷也不會(huì)是此回路的線路問題；

（3）在汽輪機(jī)開啟狀態(tài)并且轉(zhuǎn)速在5 900 rpm的情況下，拆除轉(zhuǎn)速探頭1的線，Peak150報(bào)轉(zhuǎn)速探頭1故障，并向DCS輸出轉(zhuǎn)速探頭故障提示，但顯示轉(zhuǎn)速并無太大變化；同樣方法拆除轉(zhuǎn)速探頭2的信號(hào)線后效果一樣。由此排除停機(jī)由轉(zhuǎn)速探頭故障引起的可能；

（4）汽輪機(jī)潤(rùn)滑油油壓低低停機(jī)聯(lián)鎖值為0.03 MPa，3次停機(jī)的潤(rùn)滑油壓均未達(dá)到聯(lián)鎖值，做潤(rùn)滑油壓低低鎖停機(jī)測(cè)試并不提示超速停機(jī)。

針對(duì)先前可能導(dǎo)致超速停機(jī)輸出的假設(shè)，采取以下措施來驗(yàn)證：

（1）汽輪機(jī)在啟機(jī)狀態(tài)下操作人員在室內(nèi)PK150附近以及到現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速探頭附近使用對(duì)講機(jī)，結(jié)果系統(tǒng)運(yùn)行正常。因此可以排除汽輪機(jī)停機(jī)由對(duì)講機(jī)頻率干擾引起的可能性；

（2）儀表人員將原系統(tǒng)PK150更換為新設(shè)備之后開機(jī)。不久再次發(fā)生超速停機(jī)，現(xiàn)象與之前的停機(jī)現(xiàn)象完全一致（停機(jī)轉(zhuǎn)速6 160 rpm；潤(rùn)滑油油壓0.143 MPa；2次油壓0.344 MPa）。由此排除原用PK150自身存在故障的可能性；

（3）針對(duì)轉(zhuǎn)速探頭存在故障的可能性，對(duì)原用的3個(gè)探頭進(jìn)行了整體更換。10月14日開機(jī)，10月16日超速停機(jī)，現(xiàn)象依然與之前停機(jī)現(xiàn)象完全一致（停機(jī)轉(zhuǎn)速6 110 rpm；潤(rùn)滑油油壓0.143 MPa；2次油壓0.340 MPa），由此排除了轉(zhuǎn)速探頭存在故障的可能性；

（4）10月17日電修檢查接地正常，電修安全地與儀表保護(hù)地均符合接地要求，再次檢查接地線，確認(rèn)無誤再次開機(jī)。10月22日停機(jī)，現(xiàn)象依然與之前停機(jī)現(xiàn)象完全一致（停機(jī)轉(zhuǎn)速6 128 rpm；潤(rùn)滑油油壓0.142 MPa；2次油壓0.341 MPa）。因此排除了接地存在問題的可能性；

（5）10月22日重新放置轉(zhuǎn)速探頭信號(hào)電纜，該電纜距離電修機(jī)柜室5 m，廠家自帶示波器查看轉(zhuǎn)速探頭所測(cè)信號(hào)，經(jīng)示波器顯示轉(zhuǎn)速探頭信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)正弦波并且看不出有強(qiáng)干擾導(dǎo)致波形變形的現(xiàn)象。開機(jī)之后10月23日再次停機(jī)，現(xiàn)象依然與之前停機(jī)現(xiàn)象完全一致（停機(jī)轉(zhuǎn)速6 092 rpm；潤(rùn)滑油油壓0.140 MPa；2次油壓0.340 MPa）。由此排除了轉(zhuǎn)速探頭信號(hào)由信號(hào)線上干擾以及波形變形引起停機(jī)的可能性；

（6）10月31日檢查汽輪機(jī)齒輪箱后再次開機(jī)時(shí)無法正常開機(jī)，體現(xiàn)為升速時(shí)轉(zhuǎn)速劇烈波動(dòng)，之后達(dá)到PK150設(shè)定的底限值視為無轉(zhuǎn)速?gòu)亩敵鰺o轉(zhuǎn)速停機(jī)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢查汽輪機(jī)錯(cuò)油門動(dòng)作存在卡澀現(xiàn)象，于是清洗錯(cuò)油門后開機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)20 d后再次停機(jī)，現(xiàn)象仍然與之前停機(jī)現(xiàn)象完全一致（停機(jī)轉(zhuǎn)速6 276rpm；潤(rùn)滑油油壓0.138 MPa；2次油壓0.365 MPa）。

3.6 停機(jī)聯(lián)鎖整改措施

（1）由于PK150系統(tǒng)本身具有將轉(zhuǎn)速信號(hào)用4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出的功能，并且該信號(hào)已引入DCS進(jìn)行監(jiān)控，因此將原本由PK150完成的超速跳閘功能改為由DCS根據(jù)PK150傳輸過來的轉(zhuǎn)速信號(hào)實(shí)現(xiàn)。

將DCS接收的轉(zhuǎn)速值的高高報(bào)警設(shè)定為超速停機(jī)設(shè)定值6 900 rpm。當(dāng)DCS中轉(zhuǎn)速達(dá)到停機(jī)設(shè)定值時(shí)邏輯輸出一開關(guān)閉合信號(hào)，將DCS轉(zhuǎn)速發(fā)生高高報(bào)警時(shí)的開關(guān)信號(hào)并聯(lián)至原PK150超速停機(jī)線路上以共同驅(qū)動(dòng)K2繼電器實(shí)現(xiàn)停機(jī)。由此更改則保留了PK150自身的手動(dòng)停機(jī)以及無轉(zhuǎn)速停機(jī)功能，當(dāng)PK150與DCS任一位置輸出停機(jī)信號(hào)時(shí)均會(huì)發(fā)生停機(jī)；

（2）修改PK150的超速停機(jī)設(shè)定值達(dá)到最大的15 000 rpm，避免PK150因?yàn)槲粗蓴_而誤輸出停機(jī)指令；

（3）由于PK150在只有1只轉(zhuǎn)速探頭信號(hào)正常的情況下依然可以對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行正常控制，因此，此次仍然只用1只轉(zhuǎn)速探頭信號(hào)進(jìn)入起控制的PK150，另1只轉(zhuǎn)速探頭信號(hào)則進(jìn)入另1臺(tái)用于參照的PK150，該P(yáng)K150只用于顯示轉(zhuǎn)速，不做控制。

經(jīng)以上整改措施之后該裝置汽輪機(jī)一直運(yùn)行正常，無意外停機(jī)發(fā)生，汽輪機(jī)試車過程中遇到的近20次儀表連鎖非計(jì)劃停車事故得以解決，汽輪機(jī)試車成功標(biāo)志著該裝置開工正常。

4 結(jié)束語

此次汽輪機(jī)試車過程中出現(xiàn)事故類型較多，原因復(fù)雜，經(jīng)過深入研究，根據(jù)其表現(xiàn)出來的不同特點(diǎn)，加以分析判斷，終使問題成功解決，為關(guān)鍵設(shè)備汽輪機(jī)的運(yùn)行管理提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。