大型離心式空氣壓縮機組運行故障的診斷分析

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壓縮 壓縮機 空氣壓縮機    時間:2014-03-13 23:56:44
大型離心式空氣壓縮機組運行故障的診斷分析簡介
  我國北方某大型氮肥廠新建40000Nm3/h空分裝置,配套空壓機組為三缸六段離心式壓縮機組,主空壓機型號為DMCLll04+2MCLll03,……
大型離心式空氣壓縮機組運行故障的診斷分析正文

某大型氮肥廠新建40000Nm3/h空分裝置,配套空壓機組為三缸六段離心式壓縮機組,主空壓機型號為DMCLll04+2MCLll03,輸送介質為濕空氣,增壓空壓機型號為3BCL527,輸送介質為干空氣。原動機為NKS63/80/32型汽輪機,汽輪機為雙軸伸結構,機尾端與主空壓機中壓缸2McLllO3和低壓缸DMCLll04相連,機頭端通過變速箱和增壓機3BcL527相連。汽輪機輸出功率為35200kW,主風機設計流量為220000Nm3/h,機組外形尺寸為:長×寬×高=20782×6040×3980。

該空壓機組於2004年6月份一次開車成功,於同年8月底帶負荷試運行。機組試運行期間先後暴露出了一些問題,經診斷分析,相關人員制定了解決方案,採取了相應的措施,逐一排除了機組運行故障。

一主風機防喘振閥不能完全關閉

空分裝置為大氮肥系統的龍頭,空分裝置的負荷直接關係到大氮肥系統的產量,而空壓機的出力直接影響空分裝置的負荷。提高空壓機出力有兩條途徑,一是提高汽輪機的轉速,二是關主風機防喘振閥FCV6122。

空壓機主風機額定轉速為5147rpm,提高轉速后,壓縮機中壓缸止推端V16134、V16135兩測點振動值出現上漲的趨勢。起初懷疑振動點的軸瓦被研磨損傷,幾經停車檢測修刮振動點的軸瓦后,中壓缸振動的問題仍未得到解決,后經製造廠現場診斷,得出主風機轉子平衡不好的結論,要根治此問題,只有更換主風機轉子,而轉子生產製造需要一個比較長的周期,且更換主風機轉子后空壓機是否還會出現其它故障?這個問題只有經繼續試運行后才能得到答案。如何在更換轉子前,在確保主風機中壓缸振動不超標的前提下提高空壓機組主風機的出口壓力,增加空分系統的負荷,提高大氮肥系統的產量是當時急需解決的問題。在提高轉速無望的情況下,解決此問題的辦法只有一個,就是設法關閉主風機防喘振閥FCV6122。

但在當時的情況下,主風機運行實際工況點已基本接近防喘振線,防喘振閥FCV6122基本無調節裕量,長期處於開啟狀態,主風機有40000Nm3/h的壓縮空氣量放空,造成較大的能源浪費。致使主風機三段出口壓力偏低,影響空分空冷塔和分子篩進氣量,空分氧產量偏低,影響整個系統加負荷。經過反覆研究空壓機組性能曲線,發現很有可能主風機防喘振線安全裕度過大,於是萌生了修訂主風機防喘振曲線的想法,即將防喘振線、快開線和喘振線整體向左平移,增加實際工作點與防喘振線之間的距離,達到關小防喘振閥、提高主風機出口壓力、提高空分氧產量的目的。但在操作過程中必須非常精心。從2005年4月6日起,我們先後五次對空壓機主風機防喘振曲線進行了修訂。

在修訂過程中,接到儀錶人員準備好“下裝”的通知后,機組崗位立即通知空分崗位暫停對FCV6122進行調節。然後,機組崗位派兩人同時到達現場,其中一人持對講機隨時與機組中控聯繫。一人將FCV6l22的切換手柄由“自動”位置迅速切換到“手動”位置,一人站在FCV6l22旁路閥前。經儀錶人員確認FCV6122切換到位后,機組崗位閥門切換人員立即通知機組中控主操作,機組中控主操作嚴密監視主風機三段出口壓力、振動、軸位移等重要指標,發現異常情況立即聯繫站在Fcv6122旁路閥前的人員進行相應的調節。儀錶人員“下裝”完畢,防喘振曲線平移完成後,再將FCV6122的切換手柄由“手動”位置迅速打到“自動”位置,確認切換到位后通知機組中控,機組中控通知空分崗位緩慢關閉FCV6122,逐漸提高主風機三段出口壓力。

防喘振曲線修訂後效果非常明顯,以最初的修訂為例,4月6日,主風機三段出口平均壓力為0.490MPa,4月7日三段出口壓力提高到了0.523MPa,空分分子篩出口氣量增加了12000Nm3/h,氣化爐增加煤漿12000×0.21/450=5.6m3/h,系統負荷平均增長了7.7%。

二、空壓機汽輪機真空偏低

空壓機汽輪機凝汽器真空額定工況設計值為-0.086Mpa,在空壓機試運行期間,機組正常運行工況下,DCS上顯示汽輪機真空值為-0.063~-0.064Mpa,由於操作人員經驗不足,於是有人提出空壓機汽輪機凝汽器真空偏低,也有人懷疑汽輪機凝汽器換熱面積不夠。經多次與生產廠家聯繫,均未得到明確答覆。

經過幾天觀察,我發現汽輪機的振動、瓦溫和軸向位移等指標均正常,若機組實際真空值真正偏低,上述三項指標均會有明顯變化,既然三項指標相對穩定,那麼,很有可能是真空表顯示有誤。且汽輪機后汽缸溫度始終維持在50℃左右,經用測溫槍現場實測,后汽缸溫度顯示數值是正確的。那麼,從理論上講50℃的排汽溫度對應的真空值應為-0.09Mpa左右。-水汽車間的6Mw汽輪機后汽缸溫度為4.9℃,真空表顯示數值為-0.092Mpa,這一點從實踐上證明了空壓機凝汽器真空低是一種假象。

那麼,造成Dcs系統顯示空壓機汽輪機真空值偏低的原因何在?是測量儀錶故障、Dcs系統顯示有誤還是其它原因。經儀錶專家反覆檢測,排除了測量儀錶和Dcs故障的可能性。後來經過對現場多次勘察,終於找到了問題的癥結所在。

原來,汽輪機真空測點位於汽輪機后缸上,距離機組運轉平台地面約2.5m,而變送器安裝在機組運轉平台上。也就是說,汽輪機真空檢測變送器與取壓點之間有2.5m的高差,兩者之間用細金屬導管連接。經過長時間運行后,汽輪機后缸中的蒸汽變成了冷凝液,積聚在導管中,致使真空測量變送器傳入DCS系統的真空值比汽輪機凝汽器實際真空值高2.5mH2O,合0.0245MPa。也就是說DCS上顯示汽輪機凝汽器真空值為-0.063--0.064MPa,而實際真空值應為-0.0875~-0.885之間。

三空壓機汽輪機輪室壓力高

從2005年10月6日凌晨開始,空壓機汽輪機在進汽壓力、進汽溫度均正常的工況下,空壓機出現了實際轉速明顯低於設定轉速的現象(俗稱掉轉),在進汽壓力不變的工況下,汽輪機輪室壓力由2.8Mpa升高到了3.1Mpa,而且汽輪機軸封供汽壓力由3.15Kpa升高到了8.08Kpa。

10月6日,空壓機組最高轉速只能提到4911rpm,我們對空壓機組進行了兩次調試,兩次調試都是先將機組轉速降低30rpm,穩定運行一段時間后再恢復到原轉速。在機組升降轉速過程中,我們發現汽輪機調速汽門閥桿及油動機均動作靈敏,但汽輪機實際轉速跟隨設定轉速變化的速率比以前有所降低,汽輪機輪室壓力隨轉速(汽輪機負荷)降低而降低,隨轉速(汽輪機負荷)升高而升高。從汽輪機的運行記錄對比和測試結果綜合判斷:汽輪機通流部分結垢,導致隔板前後壓差增大,漏氣量增多,致使汽輪機效率降低,出現了掉轉現象。反映在操作參數的變化上就是汽輪機輪室壓力和軸封供汽壓力升高。此診斷結果在2006年5月份的大修中得到了印證。原因是一台給空壓機供汽的中壓鍋爐汽包內汽水分離裝置故障,造成蒸汽帶鹽超標,使含有鹽分的蒸汽進入汽輪機,隨著蒸汽壓力的降低,鹽分逐漸沉積在汽輪機的通流部分。

經過一年的試運行,空壓機組存在的缺陷逐一暴露在了我們面前,經過科學診斷和精心處理,排除了所有故障,目前空壓機運行平穩,各項指標均達到了設計要求。

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