催化汽輪機速關閥故障關閉原因分析及處理

李旺

（中海油惠州石化運行五部，廣東惠州 516086）

1 前言

催化裂化裝置富氣壓縮機組是催化裂化裝置的重要設備，一般為離心壓縮機，原動機采用背壓式汽輪機來驅動。其能否平穩(wěn)、安全運行直接影響到裝置的長周期安全、平穩(wěn)運行。催化裂化（Ⅱ）裝置汽輪機用來驅動富氣壓縮機將分餾系統(tǒng)的不凝氣（富氣）進行壓縮之后輸送至吸收穩(wěn)定系統(tǒng)，進而實現(xiàn)汽油、液化氣等產(chǎn)品的分離、精制。富氣壓縮機組運行狀態(tài)是否平穩(wěn)直接影響反應系統(tǒng)壓力，進而影響整個裝置能否平穩(wěn)運行。汽輪機靠過熱中壓蒸汽驅動，富氣量發(fā)生變化時，調(diào)速器會通過調(diào)節(jié)液壓控制系統(tǒng)改變汽門開度來調(diào)節(jié)汽輪機轉速，進而滿足工藝生產(chǎn)需求。

2 裝置及機組概況

某煉油廠4.8Mt/a催化裂化裝置于2017年9月27日正式投入運行，催化裂化裝置工藝路線反應提升管部分采用中國石化股份有限公司石油化工科學研究院開發(fā)的多產(chǎn)異構烷烴、催化裂化汽油改質降烯烴技術，即MIP工藝方案，催化劑為與MIP工藝配套設計的專用分子篩催化劑：同時為提高輕油收率，采用石科院開發(fā)的重循環(huán)油去渣油加氫裝置處理后返回提升管的組合工藝（RICP）。其余采用中國石化工程建設有限公司開發(fā)的工程技術提升管出口采用密閉旋流式快速分離系統(tǒng)（VQS）：再生部分采用SEI開發(fā)的重疊式兩段不完全再生技術、三旋采用BSX型大旋分式旋風分離器：能量回收機組采用煙機-主風機-電機/發(fā)電機的三機組。再生煙氣脫硫系統(tǒng)采用美國Belco公司的EDV濕法洗滌脫硫技術。再生煙氣脫硝系統(tǒng)采用托普索有限公司的SCR脫硝系統(tǒng)。加工原料為加氫蠟油與加氫渣油的混合原料，富氣壓縮機設計額定壓縮富氣量為86400Nm3/h。

汽輪機采用杭汽生產(chǎn)的汽輪機，型號為NG50/40/0，額定功率為6813KW，額定蒸汽流量100t/h，正常排氣壓力1.25MPa，調(diào)速范圍為：4648-6972 r/min，最大連續(xù)轉數(shù)為：6972 r/min，電超速脫扣：7530 r/min，機跳轉速：7669 r/min。

富氣壓縮機組采用2MCL706離心壓縮機組。2MCL706 型壓縮機是一種多級離心壓縮機，機殼為水平剖分式。氣體在一個缸體里分二段壓縮，由第一段壓縮后出來的氣體經(jīng)過中間氣體冷卻器，再進入第二段壓縮至出口狀態(tài)的壓縮機。壓縮機機組單缸組成，壓縮機與原動機由膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，壓縮機和汽輪機安裝在同一鋼底座上，整個機組采用潤滑油站供油，壓縮機的軸端密封采用四川日機密封件股份有限公司的干氣密封，原動機采用杭州汽輪機股份有限公司制造的背壓式汽輪機。機組布置示意圖如圖1：

圖1 機組布置示意圖

3 事件經(jīng)過及原因分析

3.1事件經(jīng)過：2017年4月，催化裂化（Ⅱ）裝置在富氣壓縮機組試車過程中，連續(xù)兩次出現(xiàn)機組停車。

富氣壓縮機在試機過程中出現(xiàn)了汽輪機速關閥突然關閉的問題，機組轉數(shù)達到5785rpm時速關油壓突然回零，速關閥突然關閉，機組停機。接下來重新試機轉數(shù)達到2200rpm時速關閥再次突然關閉，機組再次停機。

3.2 事件現(xiàn)象：速關油壓迅速回零，速關閥突然關閉。

停機之前機組運行平穩(wěn)，調(diào)取CCS歷史趨勢畫面查看機組在停機前參與自保聯(lián)鎖的振動、位移、軸瓦溫度、轉速等參數(shù)均正常，潤滑油與控制油壓力也沒有波動，在現(xiàn)場檢查中也未發(fā)現(xiàn)危急遮斷器手柄有動作情況。

3.3 原因初步分析

結合汽輪機控制油油路及控制組件的結構特點分析，導致速關油突然回零，速關閥突然關閉的原因：一是控制油路問題，可能是以下幾種情況：（1）停機電磁閥故障；（2）速關油換向閥故障；（3）速關組合件中的卸荷閥故障；（4）控制油路中的插裝閥故障；二是危急遮斷器故障：危急折斷器動作導致危機遮斷油門動作，汽輪機危急遮斷器飛錘出擊，引起危急保安裝置動作，速關油壓回零，使速關閥關閉，機組停機。

3.3.1 汽輪機油路簡析及原因分析

汽輪機調(diào)節(jié)及潤滑系統(tǒng)用油由集中油站提供。供油分兩路分別接到汽輪機潤滑油、調(diào)節(jié)油總管。0.25Mpa的潤滑油由各分管路供給汽輪機前、后徑向軸承、推力軸承，軸承進油管上有可調(diào)節(jié)流閥和壓力表以適應各分管不同用油量的需求。潤滑油過濾精度≤10μm，正常進油溫度43-48℃，用油量 18 m3/h 。調(diào)節(jié)油總管油壓約0.8 Mpa，過濾精度≤10μm,使用油溫 43-60℃，正常油量 12 m3/h，瞬時最大用油量30 m3/h，為減少因用油量變化而引起的油壓波動，在調(diào)節(jié)油管路上裝設有一只25 L 的液壓蓄能器。

啟動油換向閥位號1843，速關油換向閥位號1842，都是旋鈕換向閥（詳見圖2），用于就地開啟速關閥。啟動時，依次將1842 和1843 的旋鈕逆時針方向（自上而下看）旋轉90°，則1842 的P與B、A與T成通路，在E1油壓作用下插裝閥Dg16 關閉，切斷E1與E2的通路，E2油壓為0，同時，1843的P與B及A與T成通路，于是啟動油F和開關油M建立油壓（若M接至危急遮斷油門，則速關組件具有油門自動掛鉤功能，如M不用，則危急遮斷油門須就地手動掛鉤復位），當啟動油壓力達到≥0.6Mpa時即應將1842 旋鈕順時針方向回旋90°，使速關油換向閥復位，即P-A、B-T成通路，于是DG16 開啟，E1與E2成通路，使速關油E2建立壓力，待E2壓力穩(wěn)定后，將1843 復位（旋鈕回旋90°），使F與T接通，由于1843 回油口裝有節(jié)流孔板和可調(diào)針閥，所以速關閥隨著啟動油的緩慢回油而逐漸開啟[1]。

當1842的P與B導通，A與T導通時插裝閥DG16關閉，此時1843的P與B導通，A與T導通，啟動油F與開關油M建立，開關油M建立后速關油建立到1842前，當1842的P與A，B與T導通后速關油建立，此時當1843的P與A，B與T導通，啟動油回零，速關閥打開，速關油建立后分三路：一是到DG40；二是到速關閥；三是到電液轉換器后作為二次油。

停機電磁閥位號分別是2222 和2223，它們用于汽輪機遙控停機。圖2 所示電磁閥為不帶電狀態(tài)，啟動和正常運行時，2222 和2223 的壓力油是通路，DG40 插裝閥在壓力油作用下關閉。當2222 和2223 中任一只得電時，DG40 上腔與回油接通，于是DG40 開啟，速關油迅速排泄，致使速關閥關閉、汽輪機停機。停機電磁閥分兩種，可配用NO 型（常開型，正常運行不帶電）或NC 型（常關型，正常運行帶電），催化裂化（Ⅱ）裝置使用的屬于后者。

圖2 速關組件油路圖

基于以上的油路分析，我們首先對電磁閥進行檢查，發(fā)現(xiàn)在正常情況下電磁閥帶電，因此不會觸發(fā)聯(lián)鎖停機；然后對速關油換向閥進行現(xiàn)場拆檢，現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)明顯問題，為了徹底排除此項原因，現(xiàn)場對其整個速關組合件外部油路進行凈化風吹掃，結果也沒有發(fā)現(xiàn)明顯硬質顆粒物，可以說外部油路非常潔凈。

3.3.2 危機遮斷油門故障

最后我們將排查方向鎖定為危急保安裝置和危急遮斷器。保護裝置主要有危急保安裝置和危急遮斷器。汽輪機在超速的情況下使危急遮斷器飛錘出擊，引起危急保安裝置動作，切斷速關油路，使速關閥關閉，機組停機。機械-液壓式危急遮斷油門是汽輪機的保護設備，當汽輪機在運行過程中出現(xiàn)故障時，危急遮斷油門泄放速關油，引發(fā)速關閥和調(diào)節(jié)汽閥快速關閉而迫使機組緊急停機。

危急遮斷油門當發(fā)生下述情況或操作時，滑閥產(chǎn)生位移而泄放速關油：

（1）危急保安器動作。當機組轉速超過危急保安器跳閘轉速設定值時，危急保安器飛錘擊出，撞擊鉤（15），杠桿（16）聯(lián)動進而拉動滑閥（4）左移，凸肩（6）的密封盤與套筒（8）脫開，同時在彈簧力作用下凸肩（5）被壓在套筒（2）的密封面上，于是P 與E 的通路被切斷而E與T 接通，將速關油泄放至軸承座。（見圖3），但通過調(diào)取CCS歷史趨勢發(fā)現(xiàn)機組整個運轉過程中實際未超速，因此排除機組超速導致停機。

圖3 危急遮斷油門示意圖

（2）軸位移保護動作。當汽輪機轉子軸向位移≥1mm 時，轉子上的軸位移凸肩撞擊鉤（15）引發(fā)與上述相同的動作。但通過調(diào)取CCS歷史趨勢發(fā)現(xiàn)機組整個運轉過程中實際軸位移未達到聯(lián)鎖值，因此排除軸位移聯(lián)鎖導致機組停機。

（3）手動停機。撳下手柄（1），撥動掛鉤逆時針方向偏轉，拉動滑閥左移，油路切換過程同前。但通過調(diào)取現(xiàn)場監(jiān)控畫面未發(fā)現(xiàn)有人為動作，因此排除人為因素導致機組停機。

（4）速關油失壓。當速關油壓力≤0.28Mpa時，滑閥上的油壓不足以克服彈簧作用力，于是滑閥被推向左端而泄放速關油導致速關油回零，速關閥關閉進而導致機組停機?，F(xiàn)場實際現(xiàn)象表現(xiàn)與這一點導致機組停機的原因一致，因此我們決定將危機遮斷油門拆解檢查。

通過解體危機遮斷油門檢測發(fā)現(xiàn)拉鉤與轉子的間隙過小，只有0.4mm，而間隙的正常范圍要求為0.8mm-1.0mm，并且拉鉤與轉子的貼合面發(fā)現(xiàn)非常明顯的磨擦的痕跡，拉鉤的兩個側面與轉子上凸臺相鄰的面也都有摩擦的痕跡（見圖4）。由于間隙過小機組雖然沒有超速，轉子軸向位移＜1mm，但實際危急遮斷油門已經(jīng)動作，使速關油壓回零，速關閥關閉導致機組停機。最后的解決方案是把拉鉤的正面打磨光滑，兩個側面重新加工了倒角，將拉鉤與轉子的間隙調(diào)整到0.9mm后重新回裝，又重新試機多次再也沒有出現(xiàn)速關閥關閉的情況，問題得到根本解決。

圖4 拉鉤正面的磨痕

圖5 轉子凸臺內(nèi)側磨痕

4 小結

通過停機事件的現(xiàn)象初步分析出可能造成機組停機的幾種原因，經(jīng)過細致的油路分析與調(diào)取CCS歷史趨勢并未發(fā)現(xiàn)造成速關油壓回零導致速關閥關閉的具體原因。最后將排查方向鎖定為危機遮斷油門故障導致機組停機。將危機遮斷油門解體檢查發(fā)現(xiàn)掛鉤動作導致機組機械聯(lián)鎖停機，通過拆解危機遮斷油門驗證了這一事實，由于危急遮斷器手柄在彈簧力的作用下停機后未發(fā)現(xiàn)明顯動作，所以一開始沒有找到故障停機的真正原因，最后將危機遮斷油門拉鉤的正面打磨光滑，兩個側面重新加工了倒角，將拉鉤與轉子的間隙調(diào)整到0.9mm后回裝，又重新試機多次再也沒有出現(xiàn)速關閥關閉的情況，問題得到根本解決。裝置開工后汽輪機一直穩(wěn)定運行，截止到目前為止已經(jīng)穩(wěn)定運行近25個月，機組運行平穩(wěn)，保證了裝置的長周期安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行。