林建偉 肖玉華 許海峰

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

R&R透平防喘放氣控制系統(tǒng)改進

林建偉 肖玉華 許海峰

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司渤中FPSO作業(yè)公司 天津 300457）

主要介紹了明珠號R&R透平的防喘振系統(tǒng)，通過分析速度感應(yīng)閥在機組中的作用原理，特設(shè)計新增電磁閥代替速度感應(yīng)閥。

R&R透平；喘振；控制系統(tǒng)改進

引言

壓氣機喘振是氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻率，高振幅的震蕩現(xiàn)象。這種低頻率高振幅的氣流振蕩是一種很大的激振力來源，它會導(dǎo)致發(fā)動機機件的強烈機械振動和熱端超溫，并在很短的時間內(nèi)造成機件的嚴重損壞，所以在任何狀態(tài)下都不允許壓氣機進入喘振區(qū)工作。

1 R&R透平防喘簡介

燃氣輪機的防喘系統(tǒng)功能為防止機組啟機過程中壓氣機系統(tǒng)內(nèi)形成氣流的紊亂造成的機組喘振。對于明珠號的R&R透平防止喘振的辦法主要借助于安裝在機組第5級和10級的共8個防喘放氣閥，在啟機過程中釋放機組啟機過程部分壓氣機d的壓縮氣體，使得機組順利渡過喘振轉(zhuǎn)速區(qū)，當速度感應(yīng)閥檢測到機組達到12600r/min后，通過速度感應(yīng)閥導(dǎo)通14級PCD（pressure compressor discharge）氣源，關(guān)閉防喘閥以達到防止喘振的目的。

R&R主機的防喘系統(tǒng)包括以下幾個主要組件，如圖1。

圖1 R&R透平防喘放氣系統(tǒng)

其中，速度感應(yīng)閥是防喘系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，它包含閥體和速度感應(yīng)兩部分，閥體主要用于切斷和導(dǎo)通從壓氣機第14級來的PCD氣源，分別關(guān)閉第5級和第10級的共8個防喘放氣閥。速度感應(yīng)部分利用由齒輪組件（accessory gear box）傳動過來的轉(zhuǎn)速信號和其重錘作用來驅(qū)動閥芯的開關(guān)動作，機組在低于12600r/min的時候速度感應(yīng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，防喘放氣閥由外部8公斤儀表氣源打開；機組超過12600r/min時速度感應(yīng)閥處于打開狀態(tài)，導(dǎo)通14級高壓PCD氣源關(guān)閉防喘放氣閥。

其閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：

圖2 速度感應(yīng)閥組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 防喘系統(tǒng)改進背景

速度感應(yīng)閥在這種早期的機組中應(yīng)用非常廣泛，原因是當時的電氣自動化控制技術(shù)并不先進（90年代初期），所以只能利用齒輪傳動等機械方式來取得精準的速度信號并做出相應(yīng)的控制，然而該技術(shù)已經(jīng)較為落伍了，這給我們的機組維護工作帶來多有不便。（此處以該機組燃油系統(tǒng)為例證：該機組初期的燃料控制是利用伍德沃德的機械調(diào)速器，即使用轉(zhuǎn)速來控制燃料量，而如今明珠號兩臺機組的燃料系統(tǒng)都經(jīng)過了改進，改由速度傳感器+PLC程序+電動伺服燃料閥模式來控制。由此我們不難推斷出當時防喘速度感應(yīng)閥并未作改進并持續(xù)應(yīng)用到現(xiàn)在）。

由圖2可知速度感應(yīng)閥結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜精細，又因機械性傳動件較多而且轉(zhuǎn)速高，長期運轉(zhuǎn)后必然有機械性疲勞損傷等產(chǎn)生，造成速度感應(yīng)閥功能失效，無法實現(xiàn)防喘功能。

明珠號R&R 501－KB5透平已經(jīng)有近20年的歷史，在機組的正常操作運轉(zhuǎn)過程中我們發(fā)現(xiàn)平均2年時間就需要更換一個速度感應(yīng)閥，現(xiàn)在此501－KB5機組已經(jīng)停產(chǎn)。明珠號自去年4月份臨時復(fù)產(chǎn)以來有過兩次速度感應(yīng)閥損壞造成R&R機組無法啟機現(xiàn)象。第一次是2010年11月，R&R透平A機由于速度感應(yīng)閥失效造成放氣閥無法關(guān)閉，機組雖然在14200r/mim正常啟機運行，但是由于防喘放氣閥無法關(guān)閉，造成機組第5級和第10級的高壓高溫氣體泄漏在機組橇塊內(nèi)部，很快不到10分鐘造成機組滑油高溫而停機，好在當時庫房有一個新的速度感應(yīng)閥，能及時更換換新，未因電站問題對生產(chǎn)造成影響；第二次時2011年2月，R&R透平B機發(fā)生類似現(xiàn)象，由于沒有備件，造成機組近30天無法運轉(zhuǎn)，期間對電站運行造成一定的影響。

圖3 明珠號R&R透平機組故障速度感應(yīng)閥

圖4 新老機型速度感應(yīng)閥對比

由于R&R廠家新機型很少采用速度感應(yīng)閥控制，所以造成速度感應(yīng)閥在備件采購時遇到采購周期長、采購?fù)緩姜M窄、費用昂貴、返修周期長且維修費用高等困難和制約，一旦我們的機組缺少備件，將對海上生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響。

3 改進方案

為了避免以上所述不利影響，同時參考SOLAR機組防喘控制模式，并在R&R機組2010年12月年檢時從外方服務(wù)人員處驗證了改進的可能性和可行性，建議將防喘放氣系統(tǒng)控制模式改變?yōu)椋喝C組現(xiàn)有速度傳感信號作為機組防喘放氣閥門開關(guān)的速度依據(jù)，在PLC程序中添加一個輸出信號點，用于控制PCD氣管線上新加的電磁閥來通斷PCD氣源。

如圖5所示：

圖5 改進后的防喘放氣控制模式

4 改進方案的效果和可操作性預(yù)期

首先利用電磁閥改進后，由于只是采用了機組現(xiàn)有速度信號和控制信號以及電磁閥作為執(zhí)行原件，能夠做到精確防喘控制，另外電磁閥也不易損壞，大大降低了設(shè)備故障率，提高設(shè)備可靠性的同時節(jié)約了潛在的經(jīng)濟成本。

其次通過與廠家服務(wù)人員溝通，現(xiàn)場協(xié)助施工應(yīng)該可以達到預(yù)期的效果。具體施工步驟如下：

（1）準備備件材料

（2）機組電氣及機械隔離

（3）PCD管線改造

（4）PLC程序修改

（5）施工完畢后現(xiàn)場檢查確認

（6）啟機實驗