高志杰，李曉艷，胡玉榮

（中國(guó)石油大港石化公司，天津 300280）

1 基本情況

大港石化公司100 萬(wàn)噸/年加氫裂化裝置用循環(huán)氫壓縮機(jī)組為汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的多級(jí)離心式壓縮機(jī)。汽輪機(jī)為NG32/25 背壓式蒸汽輪機(jī)，驅(qū)動(dòng)介質(zhì)壓力3.5 MPa，機(jī)組正常轉(zhuǎn)速8600 r/min。2017 年6 月在汽輪機(jī)大修后的試機(jī)過(guò)程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，最大波動(dòng)轉(zhuǎn)速5500 r/min，嚴(yán)重影響機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，無(wú)法投入正常生產(chǎn)。

該機(jī)組控制系統(tǒng)采用美國(guó)TRICONEX 公司的TS3000 三重冗余容錯(cuò)的可編程邏輯與過(guò)程控制器，根據(jù)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)各部件及測(cè)速盤(pán)進(jìn)行綜合分析，找到了影響轉(zhuǎn)速波動(dòng)的原因，從根本上解決了轉(zhuǎn)速波動(dòng)的問(wèn)題，最大限度保證機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行。

2 調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽輪機(jī)共有6 個(gè)AI-TEK 磁性轉(zhuǎn)速傳感器。其中，1#、2#和3#傳感器用于DCS 轉(zhuǎn)速顯示，4#和5#傳感器用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，6#傳感器用于現(xiàn)場(chǎng)就地顯示。4#和5#轉(zhuǎn)速傳感器將檢測(cè)到的頻率信號(hào)傳輸至機(jī)柜間卡件，經(jīng)過(guò)頻率/電壓轉(zhuǎn)換后，由高選器進(jìn)行高選，高選后的信號(hào)與轉(zhuǎn)速設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后轉(zhuǎn)化成4～20 mA 電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)電液轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二次油壓（0.15～0.45 MPa），二次油壓通過(guò)錯(cuò)油門(mén)和油動(dòng)機(jī)操縱調(diào)節(jié)氣閥，調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，達(dá)到轉(zhuǎn)速控制的目的。機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的基本原理如圖1 所示。

圖1 汽輪機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)

3 事件經(jīng)過(guò)

汽輪機(jī)第一次試機(jī)過(guò)程中（圖2），當(dāng)轉(zhuǎn)速升至3200 r/min時(shí)，3#傳感器顯示轉(zhuǎn)速開(kāi)始波動(dòng)（波動(dòng)范圍3200～5400 r/min），波動(dòng)持續(xù)時(shí)間20 s，隨后參與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的4#、5#探頭大幅跳變（跳變范圍3300～8800 r/min），調(diào)節(jié)氣閥開(kāi)度亦出現(xiàn)大幅波動(dòng)，機(jī)組緊急停車(chē)。

圖2 第一次試機(jī)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速歷史趨勢(shì)

4 原因分析

（1）接線松動(dòng)造成測(cè)速跳變。6 個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器分別采用單獨(dú)的通道引入系統(tǒng)，中間有多個(gè)環(huán)節(jié)通過(guò)端子連接。通過(guò)對(duì)傳感器本體接線、接線端子進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)接線松動(dòng)、端子損壞、氧化等問(wèn)題。

（2）電磁干擾造成測(cè)速跳變。傳感器引線與電液轉(zhuǎn)化器引線等共用一個(gè)接線箱，存在測(cè)量引線和動(dòng)力線之間電磁干擾的可能，通過(guò)對(duì)傳感器接地線及屏蔽線檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常。同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)增加干擾源的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，亦未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的情況，因此可排除此原因。

（3）測(cè)速盤(pán)故障造成測(cè)速跳變。測(cè)速盤(pán)本體帶磁性、表面凹凸不平或松動(dòng)都可能引發(fā)測(cè)速跳變。經(jīng)過(guò)全面檢測(cè)，測(cè)速盤(pán)本體磁感應(yīng)強(qiáng)度約為330 μT，表面跳動(dòng)約為0.02 mm，其緊固螺釘也無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，不足以影響測(cè)速準(zhǔn)確度。

（4）測(cè)速卡件故障造成測(cè)速跳變。測(cè)速卡件為T(mén)RICONEX公司產(chǎn)品，型號(hào)7400143，因轉(zhuǎn)速傳感器在較高轉(zhuǎn)速時(shí)才發(fā)生跳變，轉(zhuǎn)速越高輸出電壓越高，可能造成卡件過(guò)載。用FLUKE725對(duì)卡件進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)輸入頻率在1～6.5 kHz 時(shí)（相當(dāng)于轉(zhuǎn)速2000～13 000 r/min），DCS 畫(huà)面未捕捉到轉(zhuǎn)速跳變，因此排除卡件故障影響測(cè)速的可能性。

（5）轉(zhuǎn)速傳感器故障造成測(cè)速跳變。對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行檢查，探頭本體無(wú)明顯缺陷或損傷，但6 個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器的阻值210～230 Ω，存在影響測(cè)速的可能性。

（6）轉(zhuǎn)速傳感器安裝不規(guī)范造成測(cè)速跳變。轉(zhuǎn)速傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)磁鐵、磁性片和線圈（圖3）。磁場(chǎng)從磁鐵延伸出來(lái)，通過(guò)極性片和在傳感器末端空間中的線圈。磁場(chǎng)回歸的路徑從空間到磁鐵的另一端。當(dāng)測(cè)速盤(pán)齒輪通過(guò)極性片的尖端時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)因?yàn)槲矬w通過(guò)極性片而先后增大和減小。這種磁場(chǎng)的迅速變化會(huì)在線圈內(nèi)部感應(yīng)出一個(gè)交流電壓信號(hào)。傳感器的輸出電壓依賴于測(cè)速盤(pán)幾何尺寸和傳感器安裝間隙等因素。

圖3 轉(zhuǎn)速傳感器

檢查確認(rèn)6 個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在以轉(zhuǎn)子中心為圓心的同心圓上。各轉(zhuǎn)速傳感器與測(cè)速盤(pán)的間隙為0.85 mm（推力盤(pán)貼死主推力瓦位置測(cè)量），符合汽輪機(jī)資料中0.50～1.25 mm 的間隙要求，但考慮到汽輪機(jī)推力間隙0.32 mm 的影響，間隙處于標(biāo)準(zhǔn)下限，可能影響轉(zhuǎn)速測(cè)量。

5 解決辦法

針對(duì)上述兩項(xiàng)可能引發(fā)轉(zhuǎn)速跳變的原因，更換了6 個(gè)全新的轉(zhuǎn)速傳感器，并將轉(zhuǎn)速傳感器間隙調(diào)整為1.1 mm。但在第二次試機(jī)過(guò)程中（圖4），當(dāng)轉(zhuǎn)速升至3700 r/min 時(shí)，3#傳感器又開(kāi)始波動(dòng)（3700～4920 r/min），波動(dòng)持續(xù)時(shí)間15 s，隨后參與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的4#/5#探頭大幅度跳變（跳變范圍3800～7260 r/min），調(diào)節(jié)氣閥開(kāi)度亦出現(xiàn)大幅波動(dòng)，機(jī)組緊急停車(chē)。

圖4 第二次試機(jī)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速歷史趨勢(shì)

先后兩次試機(jī)的歷史趨勢(shì)極為類(lèi)似，但發(fā)生轉(zhuǎn)速跳邊的觸發(fā)點(diǎn)由3200 r/min 變?yōu)?700 r/min，在已經(jīng)排除其他可能性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將轉(zhuǎn)速傳感器間隙調(diào)整至2 mm（此數(shù)值為A.I.TEK 公司允許的最大間隙值）。機(jī)組第三次試運(yùn)，汽輪機(jī)從0 r/min 升至機(jī)械跳車(chē)轉(zhuǎn)速12 562 r/min 的過(guò)程中，各轉(zhuǎn)速傳感器平穩(wěn)輸出，再未發(fā)生跳變。

6 總結(jié)

經(jīng)過(guò)詳細(xì)的原因分析和多次機(jī)組試運(yùn)，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際的方式，找到了引起轉(zhuǎn)速跳變的原因并得以根本解決。同時(shí)也提示人們，在排除所有可能性的情況下，只要敢于大膽質(zhì)疑，搜集多方面信息，作出準(zhǔn)確的判斷，才能更好、更快地解決故障。