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夏好发工学专栏:大型离心式空气压缩机组运行故障的诊断分析

作者:江苏天源    添加时间:2014/7/20 8:57:22    浏览量:

  摘要:大氮肥空分装置的配套大型离心空压机组在试运行期问暴露出了一些问题,经过科学诊断,相关人员制定了相应的解决方案,采取了相应的措施,逐一排除了机组运行故障,使压缩机组实现了长周期安全稳定运行。
  关键词:大型离心式压缩机组;汽轮机,防喘振阀;汽轮机真空,汽轮机轮室压力
  
  我国北方某大型氮肥厂新建40000Nm 3/h空分装置,配套空压机组为三缸六段离心式压缩机组,主空压机型号为DMCLll04+2MCLll03,输送介质为湿空气,增压空压机型号为3BCL527,输送介质为干空气。原动机为NKS63/80/32型汽轮机,汽轮机为双轴伸结构,机尾端与主空压机中压缸2 M c L l l O 3和低压缸DMCLll 04相连,机头端通过变速箱和增压机3B c L 5 2 7相连。汽轮机输出功率为35200kW,主风机设计流量为220000Nm3/h,机组外形尺寸为:长×宽×高=207 8 2×6040×3980。机组平面布置见图1一l。
  该空压机组于2004年6月份一次开车成功,于同年8月底带负荷试运行。机组试运行期间先后暴露出了一些问题,经诊断分析,相关人员制定了解决方案,采取了相应的措施,逐一排除了机组运行故障。
  
  一 主风机防喘振阀不能完全关闭
  
  空分装置为大氮肥系统的龙头,空分装置的负荷直接关系到大氮肥系统的产量,而空压机的出力直接影响空分装置的负荷。提高空压机出力有两条途径,一是提高汽轮机的转速,二是关主风机防喘振阀FCV6122。
  空压机主风机额定转速为5147 rpm,提高转速后,压缩机中压缸止推端V161 34、V161 35两测点振动值出现上涨的趋势。起初怀疑振动点的轴瓦被研磨损伤,几经停车检测修刮振动点的轴瓦后,中压缸振动的问题仍未得到解决,后经制造厂现场诊断,得出主风机转子平衡不好的结论,要根治此问题,只有更换主风机转子,而转子生产制造需要一个比较长的周期,且更换主风机转子后空压机是否还会出现其它故障?这个问题只有经继续试运行后才能得到答案。如何在更换转子前,在确保主风机中压缸振动不超标的前提下提高空压机组主风机的出口压力,增加空分系统的负荷,提高大氮肥系统的产量是当时急需解决的问题。在提高转速无望的情况下,解决此问题的办法只有一个,就是设法关闭主风机防喘振阀FCV6122。
  但在当时的情况下,主风机运行实际工况点已基本接近防喘振线,防喘振阀FCV6122基本无调节裕量,长期处于开启状态,主风机有40000Nm 3/h的压缩空气量放空,造成较大的能源浪费。致使主风机三段出口压力偏低,影响空分空冷塔和分子筛进气量,空分氧产量偏低,影响整个系统加负荷。经过反复研究空压机组性能曲线,发现很有可能主风机防喘振线安全裕度过大,于是萌生了修订主风机防喘振曲线的想法,即将防喘振线、快开线和喘振线整体向左平移,增加实际工作点与防喘振线之间的距离,达到关小防喘振阀、提高主风机出口压力、提高空分氧产量的目的。但在操作过程中必须非常精心。从200 5年4月6日起,我们先后五次对空压机主风机防喘振曲线进行了修订。
  在修订过程中,接到仪表人员准备好“下装”的通知后,机组岗位立即通知空分岗位暂停对FCV6122进行调节。然后,机组岗位派两人同时到达现场,其中一人持对讲机随时与机组中控联系。一人将FCV6l 22的切换手柄由“自动”位置迅速切换到“手动”位置,一人站在FCV6l 22旁路阀前。经仪表人员确认FCV6122切换到位后,机组岗位阀门切换人员立即通知机组中控主操作,机组中控主操作严密监视主风机三段出口压力、振动、轴位移等重要指标,发现异常情况立即联系站在F cv 61 2 2旁路阀前的人员进行相应的调节。仪表人员“下装”完毕,防喘振曲线平移完成后,再将FCV6122的切换手柄由“手动”位置迅速打到“自动”位置,确认切换到位后通知机组中控,机组中控通知空分岗位缓慢关闭FCV6122,逐渐提高主风机三段出口压力。
  防喘振曲线修订后效果非常明显,以最初的修订为例,4月6日,主风机三段出口平均压力为0.490MPa,4月7日三段出口压力提高到了0.5 23MPa,空分分子筛出口气量增加了12000Nm3/h,气化炉增加煤浆12000×0.21/450=5.6m3/h,系统负荷平均增长了7.7%。
  
  二、空压机汽轮机真空偏低
  
  空压机汽轮机凝汽器真空额定工况设计值为-0.086Mp a,在空压机试运行期间,机组正常运行工况下,D CS上显示汽轮机真空值为-0.063~-0.064Mpa,由于操作人员经验不足,于是有人提出空压机汽轮机凝汽器真空偏低,也有人怀疑汽轮机凝汽器换热面积不够。经多次与生产厂家联系,均未得到明确答复。
  经过几天观察,我发现汽轮机的振动、瓦温和轴向位移等指标均正常,若机组实际真空值真正偏低,上述三项指标均会有明显变化,既然三项指标相对稳定,那么,很有可能是真空表显示有误。且汽轮机后汽缸温度始终维持在50℃左右,经用测温枪现场实测,后汽缸温度显示数值是正确的。那么,从理论上讲5 0℃的排汽温度对应的真空值应为-0.09Mpa左右。-水汽车间的6Mw汽轮机后汽缸温度为4.9℃,真空表显示数值为-0.092Mpa,这一点从实践上证明了空压机凝汽器真空低是一种假象。
  那么,造成Dcs系统显示空压机汽轮机真空值偏低的原因何在?是测量仪表故障、Dcs系统显示有误还是其它原因。经仪表专家反复检测,排除了测量仪表和Dcs故障的可能性。后来经过对现场多次勘察,终于找到了问题的症结所在。
  原来,汽轮机真空测点位于汽轮机后缸上,距离机组运转平台地面约2.5m,而变送器安装在机组运转平台上。也就是说,汽轮机真空检测变送器与取压点之间有2.5m的高差,两者之间用细金属导管连接。经过长时间运行后,汽轮机后缸中的蒸汽变成了冷凝液,积聚在导管中,致使真空测量变送器传入DCS系统的真空值比汽轮机凝汽器实际真空值高2.5 m H2O,合0.0245MPa。也就是说DCS上显示汽轮机凝汽器真空值为-0.063--0.064MPa,而实际真空值应为-0.0875~-0.885之间。

  三 空压机汽轮机轮室压力高
  
  从2005年10月6日凌晨开始,空压机汽轮机在进汽压力、进汽温度均正常的工况下,空压机出现了实际转速明显低于设定转速的现象(俗称掉转),在进汽压力不变的工况下,汽轮机轮室压力由2.8Mp a升高到了3.1Mp a,而且汽轮机轴封供汽压力由3.15Kpa升高到了8.08Kpa。
  10月6日,空压机组最高转速只能提到4911 rpm,我们对空压机组进行了两次调试,两次调试都是先将机组转速降低30rpm,稳定运行一段时间后再恢复到原转速。在机组升降转速过程中,我们发现汽轮机调速汽门阀杆及油动机均动作灵敏,但汽轮机实际转速跟随设定转速变化的速率比以前有所降低,汽轮机轮室压力随转速(汽轮机负荷)降低而降低,随转速(汽轮机负荷)升高而升高。从汽轮机的运行记录对比和测试结果综合判断:汽轮机通流部分结垢,导致隔板前后压差增大,漏气量增多,致使汽轮机效率降低,出现了掉转现象。反映在操作参数的变化上就是汽轮机轮室压力和轴封供汽压力升高。此诊断结果在2006年5月份的大修中得到了印证。原因是一台给空压机供汽的中压锅炉汽包内汽水分离装置故障,造成蒸汽带盐超标,使含有盐分的蒸汽进入汽轮机,随着蒸汽压力的降低,盐分逐渐沉积在汽轮机的通流部分。
  经过一年的试运行,空压机组存在的缺陷逐一暴露在了我们面前,经过科学诊断和精心处理,排除了所有故障,目前空压机运行平稳,各项指标均达到了设计要求。