汽轮机控制系统异常导致转速剧烈波动的分析与对策 

汽轮机控制系统异常导致转速剧烈波动的分析与对策 

                候昭波 冯光学 郭亚辉 韩喜民

（河津市华源燃气有限公司 运城河津市 043300）   

摘要：介绍焦炉煤气制LNG生产过程中MRC混合制冷压缩机组的工作流程及实际运行情况。针对焦炉煤气制LNG中混合冷剂压缩机检修后再开车时汽轮机转速出现异常波动的现象，分析其发生原因。通过分析检查、综合判断、拆盖检查等措施，稳定了机组转速，保证装置安全稳定运行。

关键词：汽轮机结垢；转速；测速探头；动平衡试验

河津市华源燃气有限公司（以下简称华源公司）年产8万吨LNG、6万吨合成氨装置于2022年3月成功开车，是以上游369万吨焦化企业所产生焦炉煤气为原料，经过焦炉煤气净化，采用西南院独有中压甲烷化专利技术除去一氧化碳和二氧化碳，LNG液化采用成都深冷液化装备有限公司专有技术，通过MRC循环制冷加氮气循环制冷工艺生产LNG，冷箱返流复温产生的富氢尾气送至合成氨装置。

1.工艺简介

来自甲烷化工序的富甲烷气（21960Nm3/h，1.6MPa,甲烷含量69%，氢气含量21%，氮气含量9.5%）进入深冷装置3台干燥脱水工序脱除原料气中的水以及少量二氧化碳，出口原料气中水含量小于1ppm，二氧化碳含量小于20ppm；经过干燥合格后的富甲烷气进入液化冷箱，经上下板翅预冷，过冷到-161℃，进入精馏塔进行分离提纯，提纯后的LNG经过下板翅过冷送入8000方LNG全容罐进行储存；从塔顶分离出的低沸点的富氢尾气（8400Nm3/h）经过上下板翅复温换热后进入干燥脱水做干燥塔的再生气，最后送入合成氨装置生产合成氨。

   LNG液化制冷工艺采用MRC循环制冷加氮气循环制冷工艺；MRC压缩机使用沈鼓2MCL526型压缩机，设计循环气量为72000Nm³/h，出口压力3.3MPa，动力源采用青岛捷能N8.5-9.5型凝汽式汽轮机（蒸汽压力3.5MPa，温度425℃）进行驱动，额定功率8448KW,额定蒸汽用量38t/h。

2.问题发生与过程排查

2.1汽轮机动静叶片结垢

华源公司LNG项目2022年3月开始投料试生产，经过一年多的试运行，深冷装置汽轮机开始暴露出一些问题，其中汽轮机转速问题最为突出，该汽轮机额定转速为9923转/分钟，从2023年1月份开始转速逐渐下降，实际转速从9600转/分钟逐渐下降到9200转/分钟，MRC压缩机循环制冷量明显下降，无法满负荷生产。

在整个供气压力与温度未发生递减变化的情况下，汽轮机的转速与进气量均呈下降趋势，机组轴振动有轻微增大迹象、调节级后压力、调节级后温度均呈上涨趋势，分析判断可能是汽轮机动静叶片之间通道阻力变大，同时分析室取样后碱硬度有上涨趋势，综合上述分析判断汽轮机转速降低的原因可能为汽轮机动静叶片结垢所致；

2023年5月8日华源公司决定对LNG液化装置进行停车检修，拆大盖检修汽轮机；

2023年5月8日晚上19点LNG装置开始减负荷生产，20点汽轮机停机并进行连续盘车，缸体进行降温处理；

2023年5月9日早进行拆盖检查，发现汽轮机动静叶片结垢严

重，需要进行喷砂处理，同时返厂做动平衡试验。

2.2采用备用转子后的转速问题

因汽轮机旧转子进行水清洗周期长，故华源公司决定先将备用新转子装入机组内使用，以下部分为试车经过和存在问题：

2023年5月11日对汽轮机的油动机进行了彻底清洗，推力瓦和支撑瓦打磨后进行了转子的回装找平；

2023年5月12日的凌晨完成此项工作；

2023年5月12日开始第一次试车，共冲转三次

期间多次因调节气门波动达到全量程（开度瞬间从0至100波动），离心机声音较大，现场紧急停车；经现场开会讨论波动原因可能为油动机错油门卡塞，电液转换器油路通道堵塞等原因，导致的调节不均衡波动大。随后对错油门进行拆卸检查，错油门横杆表面不平整有轻微凹陷，随后对横杆表面进行了打磨处置；

2023年5月13日下午又进行了第二次试车，共冲转四次，前三次冲转均为3000r/min时还是存在异常波动现象，第四次冲转至6800r/min时汽轮机飞锤动作机械保护停机，可能原因为危机遮断器安装间隙过小造成误动作，随后拆机头视窗进行检查发现无误，同时更换了505测速系统；

2023年5月14日白天试车，进行五次手动冲转，分析原因可能为调节气门梨阀有卡涩问题，2023年5月15日拆开调节气门，各零部件完好，随后回装重新调零点并做拉阀试验合格，各阀门开度动作均匀，无卡塞现象，同时将现场转速信号线改为屏蔽信号线以排除周围磁场对信号的影响，之后再次打开机头油动机检查油缸是否清洁，有无磨损，测点是否完好。

拆开前轴承箱后发现新转子测速盘为18齿测速盘，而旧转子为30齿测速盘，齿数存在较大差异，这才导致现场转速为实际转速的3/5，综合这三天试车情况分析，转速盘与测速探头之间有很大关系。

汽轮机测速的原理与典型Ai-TEK（可变磁阻传感器）相似，传感器头从末端线圈中穿插而出，在末端形成一个磁场，当铁实体接近传感器头时，传感器末端磁场会增强，当铁实体远离传感器头时，传感器末端磁场会减弱；磁场如此增强减弱，中断继续的过程中会感生出交流电压信号，在理想状态下会生成一段正炫波，故单位时间内生成的频率信号是与穿过传感器头的铁实体数量成正比；

青岛捷能汽轮机采用505调速系统进行自动升速控制，而505后台识别转速为30个铁实体穿过记为一圈，而新转子为18齿，18齿测速齿距与30齿测速齿距及齿厚有所不同，在相同的时间频率内所截取信号段数量有所减少，每次汽轮机转速达到3000r/min时，测速传感器与18齿测速盘属于一个监测计算的交叉点，505调速系统反应比较敏捷，反应迅速，调节及时；当检测到转速升高过快时，505调速系统发出指令控制油动机减小阀门开度；当调节气门开度减小时，转速测点识别转速降低明显；505又及时开大阀门开度提高转速，如此往复，是造成调节气门开度频繁波动越来越大的原因。

为了尽快恢复生产，减少损失，公司决定2023年5月16日将旧转子重新送至厂家进行喷砂处理，动平衡处理后于5月18日重新回装至机组内，5月19日夜间回装完成后进行了汽轮机的空负荷单体试车；期间转速升速平稳，各项测点显示运行机组良好；随后对离心机和汽轮机进行轴对中，5月20日凌晨带负荷运行9900r/min，机组各测点显示正常，运行平稳。

3.1结论

经过以上的运行情况分析，不仅从根本上找到了引起转速波动的原因，而且找到了解决转速波动的方法，并且从中得到了启发，在汽轮机组的维护中，必须从工艺条件分析、设备备件采购、设备入厂前的检查、设备到厂的验收环节、安装前的风险分析、安装过程监控等全过程进行管控，任何一个环节出现问题都将影响机组的正常稳定运行。

参考文献：

【1】 黄景若、周海峰、刘剑奇、刘伟、汽轮机运行技术问答

【2】 陈凯．基于等精度测频技术的汽轮机全范围转速测量 自动化仪表，2012，33(7)：59-62

作者简介：候昭波（1985- ），男，工程师，主要从事LNG液化生产运行与管理；tsdhcys@163.com