離心壓縮機組軸系儀表應用經驗淺談

劉國旺

（岳陽長煉機電工程技術有限公司 鄂爾多斯分公司，內蒙古自治區(qū) 鄂爾多斯 017209）

0 引言

國內某煤化工公司的煤制氫、氣制氫裝置采用殼牌煤氣潔凈技術建設的煤氣化裝置，利用干法煤粉加壓氣化技術。該裝置內都具有主要的透平氨冰機、循環(huán)氣極冷壓縮機、原料氣壓縮機這3 個主流程離心式壓縮機組，影響著整個裝置的生產開停工，所以對軸系儀表的準確性、真實性、穩(wěn)定性尤為重要。

煤制氫裝置中，循環(huán)氣壓縮機與殼牌氣化爐所連接的工藝氣系統相連接，由于工藝復雜、設備技術前沿、自動化程度高，從原始開工至今，氣化爐的長周期運行一直是困擾生產裝置的問題。如果每條燒嘴內煤粉流通時不穩(wěn)定，且又在氣化爐高負荷情況下各煤線不均勻燃燒，就會出現燒嘴罩“偏燒”導致各燒嘴罩磨損燒破漏出來的循環(huán)水嚴重影響了氣化爐生產合成氣的能力，特別嚴重的情況下還會導致氣化爐換熱段的各級換熱器表面和循環(huán)氣壓縮機機組的葉輪片上附著一層“石灰塊化”的介質，不僅會影響氣化爐合成氣的流通量，甚至可以導致壓縮機負荷過大，或因振動過大導致非正常停機。

1 機組軸系儀表介紹

測量離心壓縮機組或者往復機組等轉動機組設備“轉子”或者“軸”的運行狀態(tài)的一系列儀表探頭的總稱，譬如：振動、位移、轉速、溫度、鍵相、膨脹差、角速度等。

1.1 軸系儀表測量系統的組成部分

圖1 軸系儀表探頭回路組成Fig.1 The composition of the shafting instrument probe loop

1.2 標定的分類和適用范圍

1）專業(yè)標準表述：分為靜態(tài)校驗和動態(tài)校驗

靜態(tài)校驗是指對探頭本身出廠的直流信號所反映出來的線性、靈敏度等關鍵指標屬性，通過TK3 等校驗平臺模擬信號的方式，進行數據排列、匯總、計算、分析，判斷是否符合出廠性能指標的過程。

動態(tài)校驗是指對探頭本身出廠的交流信號所反映出來的動態(tài)信號，也是通過TK3 等校驗平臺模擬信號的方式，進行數據排列、匯總、計算、分析，判斷是否符合出廠性能指標的過程。

2）俗稱：離線處理和在線處理

離線處理狹義來講就是通常所說的，在停工、停機等不生產的期間，對軸系儀表探頭進行靜態(tài)校驗和動態(tài)校驗的處理，包括完好檢查、探頭好壞檢查、電阻值測量、延長線電纜檢查等。

在線處理就是離線處理相反的情況，在裝置和機組正在運行期間，采用分段、校驗、模擬、試驗、對比等各種排查手段進行數據的分類、收集、辨識、分析，最終形成方向性或者鎖定故障點、問題、結論，供設備專業(yè)參考，判斷下一步的措施和方案。

1.3 在線處理涉及的內容和標定檢驗方法

在線檢測試驗探頭的電阻值變化和“間隙”電壓信號輸出反應。

運行中的往復機組上安裝的軸下沉探頭的在線模擬：通過使用TK3 連接以及安裝在往復機上的探頭以及延長線、前置器模擬。試驗測試出TK3 所“模擬測量間隙”通過軸下沉探頭的測量信號電壓值的反應變化，“模擬測量間隙”操作中前置器的輸出信號與運行機組上安裝的探頭實際測量的“間隙”直接到3500 監(jiān)測系統的信號相關，試驗證明在3500 系統中有被取反或者“量程”—“模擬測量間隙”的情況。

2 軸系儀表在線處理案列

2.1 案列一：某煤氣化氨冰機各類軸系儀表故障的在線判斷和優(yōu)化

故障現象：

1）汽輪機6 個轉速探頭無鎖緊螺母，其安裝處為凹面，給固定探頭帶來不便。檢修后轉軸位置可能變化，必須重新測繪探頭安裝間距。

2）壓縮機低壓端對角布置的某兩支雙支熱電阻，一側兩支溫度同步偏高。

3）汽輪機側軸向位移Z300A/B 在半年的時間內，DCS系統上的機械位移的儀表顯示值逐步按照每一周0.01mm或者每兩周0.01mm 的規(guī)律，逐步增大，趨近報警值和聯鎖值。

產生的結果和影響：

1）由于汽輪機轉速探頭所組成的回路和本身性能，無法通過電壓、電流等測量指標判斷探頭距離汽輪機轉軸齒輪的間隙距離，容易在回裝轉速探頭的過程中造成探頭磨損甚至被打折。

2）在壓縮機轉軸同位置360°周圍布置的所有瓦塊上的溫度點，只有靠近下軸點的瓦塊溫度高，排除掉檢修機械專業(yè)提供的間隙數據在正常范圍內的情況下，在線準確判斷溫度點是否準確，共設備和工藝專業(yè)判斷，都有停機停工檢查的必要性。

3）該透平氨冰機是影響全廠停車的壓縮機，因此該汽輪機位移的顯示不正常，必須查明原因，否則嚴重影響該機組的長周期運行，甚至導致全廠停車。

處理措施：

1）對于轉速探頭：①現場測繪轉速探頭凹面安裝處數據與探頭螺紋規(guī)格（美制3/8-24UNF 螺紋），加工配套的特制鎖緊螺母，確保探頭能安裝牢固，同步采用2mm 四氟條作為安裝間隙標準，指導安裝；②通過3 種手段測量、相互印證、確定安裝間距，利用精確測繪、計算出的探頭螺距為1.41mm 確定探頭安裝間距；定位時與機修專業(yè)配合在探頭頂部與轉軸齒輪處選用2.0mm 厚的四氟加工件確定探頭安裝間距，使用塞尺測繪。

2）對于溫度探頭，低壓端TE217A/B 溫度偏高，采取以下3 步走方式在線判斷溫度值準確度：

①通過接線箱內的端子處線路互換的“基本”方法，觀察一段時間顯示溫度基本一致，判斷一次元件和線路均無問題；②采用上述的“標定檢驗”方法，使用儀表信號發(fā)送器“勁儀”，對單支信號進入系統的點，模擬溫度信號，三組持續(xù)半小時以上的數據采集，排除控制系統問題；③在現場溫度一次元件接線盒內，同步使用精度和檢測響應較高的萬用表，通過采用在接線箱內斷開與系統連接，直接測量電阻值一段時間，判斷電阻值對應的溫度顯示正確。

3）對于位移探頭，采取同樣的“三步走”方法，數據量化分析判斷為主要依據反算：①通過接線箱內的端子處線路互換的“基本”方法，觀察一段時間顯示溫度基本一致，可以大致判斷探頭和線路均無問題。

②通過在接線箱內在線測量間隙電壓值，反算出來的探頭實際間隙值，對比靜態(tài)校驗線性數據對比判斷，測量準確性，依據本特利探頭靈敏度性能計算公式：

③通過3500 系統監(jiān)控軟件，監(jiān)控得到的間隙電壓和間隙值，“第二”項計算所得數據，再次對比驗證判斷，測量準確性。

處理后效果：

圖3 設計加工的背緊帽實物圖Fig.3 The physical picture of the designed and processed back tight cap

圖4 汽輪機轉速探頭的原安裝實物圖Fig.4 The original installation physical diagram of the steam turbine speed probe

圖5 設計機加工背冒改造后的安裝圖Fig.5 The installation diagram after the design and machining of the back cover is modified

圖6 瓦溫內持續(xù)同步走高的趨勢圖Fig.6 The trend chart of continuous and synchronous rise in Wattwen

1）轉速探頭可以用“數據”證明其完整的“新參數”，準確把握安裝位置。

2）瓦溫可以排除一次元件問題，后經運行中油路的相應調整，證實溫度元件監(jiān)測正常，確定為瓦間隙部位存在“異物”雜質，導致局部溫度升高。

3）位移探頭的測量監(jiān)測數據分析可以充分證明監(jiān)測存在的“規(guī)律性”，在檢修期間開蓋后驗證為機械部分的“預拉量”所致。

2.2 案列二：某煤氣化循環(huán)氣壓縮機位移位置和支架改造

故障現象：

在安裝儀表探頭時增加背緊力的過程中，兩支位移探頭在安裝時會相互影響安裝的相對位置變化，造成儀表安裝電壓的顯示誤差。

產生的結果和影響：

1）位移探頭根部同軸電纜線易折斷，屏蔽層破裂，影響測量回路的穩(wěn)定性測量。

2）測量不準或者波動“假指示”，輕則聯鎖停車，重則影響設備對軸位移的監(jiān)測以及對設備運行安全性的判斷。

3）甚至導致整個裝置停車。

處理措施：

實施“位移安裝支架的”位置和結構的改造，如圖9、圖10 所示。

處理后效果：

更新后可以保證位移探頭的穩(wěn)定性測量，徹底解決安裝時的相互干擾，以及在線使用時排除不掉的相互影響的因素。

2.3 案列三：氣制氫原料氣壓縮機轉速探頭的隱患故障處理和改造

故障現象：

圖7 原壓縮機位移安裝支架Fig.7 The original compressor displacement mounting bracket

圖8 原壓縮機位移安裝支架固定方式Fig.8 Fixing method of original compressor displacement mounting bracket

圖9 壓縮機位移安裝支架設計草稿原圖Fig.9 Original drawing of design draft of compressor displacement mounting bracket

圖10 改造后的壓縮機位移安裝支架Fig.10 Compressor displacement mounting bracket after modification

1）6 個汽輪機轉速探頭接線處因高溫過熱，航空插頭與電纜損壞，易造成線路老化或短路，轉速信號虛接、波動。

2）ITCC 機組控制系統中的轉速信號接入PI 卡，因轉速探頭所產生的脈沖頻率高于卡件頻率，同時硬點單通道信號接入，而且會干擾到其他通道的脈沖信號接入。

產生的結果和影響：

影響調速閥自動調節(jié)，機組在開機升速過程中波動，尤其是過臨界時對機組產生危害，運行正常后的波動則會影響機組平穩(wěn)。

處理措施：

1）在現場，對于轉速探頭重新焊接接頭或者更換航空插頭，并購買防高溫黃臘管，并在內部填充防高溫膠，進行隔離?，F場的接線處將原6 個探頭的線路混合在一起，使用防爆軟管分開整理，排除現場信號線間距離過近可能產生的干擾源問題。

2）在機柜間，用2KΩ 的色環(huán)電阻短接正在使用的通道，將不使用的各個信號通道用“短接線”直接短接，排除解決系統通道間的干擾問題。

處理后效果：

圖11 整改后實物圖Fig.11 Physical map after rectification

對以上里外的相關組件，包含機械部分對閥門內件結構進行逐一整改后，徹底解決了相互干擾導致的調速閥波動的問題。

3 結束語

儀表專業(yè)經過兩至三年的探索，大大地增加了在線處理離心壓縮機的軸系儀表故障處理的經驗，有效排除了儀表故障和隱患，能夠準確地給動設備專業(yè)提供非常有參考價值的測量參數和數據，幫助工藝裝置指導生產和設備運行意見，逐步達到并最終實現了離心壓縮機組的長周期運行的目的。