王世军，吴世奇，程新续
（中国石油大庆炼化公司检维修中心，黑龙江大庆 163411）
汽油加氢装置循环氢压缩机组K201 主要由两台BCL408型离心式压缩机和一台BHS25/01 汽轮机组成，压缩机和汽轮机之间采用膜片联轴器连接。汽轮机为背压式汽轮机，采用MCS 转速调节系统进行转速控制。
2016 年10 月，汽油加氢装置循环氢压缩机组K201 汽轮机开始出现间歇性不规律的转速波动，同时机壳内部伴有异常声响，但查看两侧轴瓦振动、温度数值并无异常。初步判断为汽轮机调速系统故障。
汽轮机的调速系统由4 部分组成，即转速感受机构、传动放大机构、配汽机构和反馈机构。转速感受机构将转子转速信号转变为一次控制信号。传动放大机构对一次控制信号作功率放大，并按照调节需求做控制运算，从而产生油动机控制信号，调整各路油线压力及通路情况，控制油动机行程。配汽机构将油动机的行程转变为各调节汽门的开度。通过配汽机构的非线性传递特性，汽轮机的进汽量与油动机进行程间矫正到近线性关系，最后由反馈机构控制进气量，来控制整体汽轮机的转速。
由于汽轮机的蒸汽压力很高，所以相对开启主汽门和调节汽门需要很大的驱动力。为保障汽轮机组平稳运行，必须要求调节汽门的驱动机构有较好的响应灵敏性和较快的响应速度。特别是在机组甩负荷等危急工况下，要求主汽门和调节汽门能在极短的时间内全行程关闭。因此，对汽轮机调节汽门和主汽门的驱动机构提出惯性小、驱动功率大的特殊要求。
该转速波动现象持续至2016 年12 月底，并且转速波动及异响情况愈发变得频繁。在此运行期间，生产装置工艺技术人员排除了主蒸汽温度、压力、蒸汽快开阀过滤网堵塞问题、凝汽器真空度过低、仪表传动放大机构、压缩机负荷以及操作等一切可能成汽轮机转速波动的工艺原因，检查控制系统的油压（二次油压）无波动，并且通过油质化验分析，油质也正常，调速油压大部分是根据驱动蒸汽的压力高低，能够使主汽阀迅速关闭的油压。润滑油压的大小和转速有很大关系，防止产生油膜振动来决定多高压力，排除了控制系统油压波动引起的调速气门波动的可能，基本判断为内部机械执行部分有磨损间隙超差或有卡涩等故障。
2017 年1 月13 日，为彻底解决该设备隐患，决定将汽轮机停机，对汽轮机调速系统检查。在拆卸汽轮机调节阀的过程中，根据调速系统的拆卸先后顺序，首先检查了连杆、铰链等传动机构的结合部位，排除由于传动机构结合部位的磨损或调节部件的卡涩造成引起调速系统迟缓。迟缓对汽轮机的正常运行是十分不利的，增加了汽轮机从负荷、压力等工艺参数发生变化到调节阀开始动作反应的时间，造成汽轮机不能及时适应外界负荷的变化，造成汽轮机转速的改变。如果汽轮机迟缓率过大，反应时间过长，在汽轮机突然甩负荷后，将使转速上升过高以致超速保护装置动作，切断进汽，造成机组停机事故。对孤立运行的机组，将产生较大的负荷摆动；
对并列运行机组，将会其他运行机组产生影响。
首先检查调节汽门，调节气门又称调节阀，通过改变升程调节进入汽轮机的蒸汽量。对调节汽门，要求有良好的空气动力学特性和升程—流量特性，流动损失小，流场稳定，开启的提升力平稳变化且尽可能小。在拆解后检查阀碟、门座阀座、阀杆及球面的线型密封处，没有发现连接结合部位有磨损、断裂、变形等异常情况。其次,重点检查了调节阀阀杆与阀梁接触部位、阀碟及阀座表面冲刷磨损情况，发现1、2、3 级阀碟及阀座表面有轻微的水垢，清理后检查球面型线密封面表面光滑，无凸起、凹坑、划痕等损伤，其他阀碟及阀座没有问题，阀杆与阀梁的接触部位也没有磨损痕迹。最后，考虑到阀碟自由行程的改变会影响调节系统的重叠度，也会影响到汽轮机的转速，用深度游标卡尺对阀梁上4 个阀碟的行程逐一进行了检测。厂家提供的调节汽阀阀梁部位装配图及阀碟自由行程尺寸要求如图1、表1 所示。
表1 阀碟自由行程尺寸要求 mm
测得的4 个阀碟自由行程见表2。由于实际阀梁下表面为平面，并无图1 所示凹面，因此第1、2 级阀自由行程要求值不应含x 值。测得4 个阀碟自由行程均符合设计要求，基本排除了调节阀阀碟及阀杆带来的影响。
表2 阀碟自由行程实测尺寸 mm
图1 阀梁部位装配图
在调节阀阀座的检查过程中，检修人员发现在蒸汽入口处速关阀主阀锥与阀座之间有间距大约2 cm 宽的缝隙，根据这个现象检修人员初步判断故障原因为速关阀未关严。由于速关阀主阀锥是在油缸弹簧力的作用下关闭的，因此检修人员初步怀疑速关阀存在卡涩所有没有关严，因此建议操作人员通过速关油油压先将速关阀开启，然后再手动拨动危机保安器，通过泄掉速关油来观察速关阀主阀锥能否顺利复位关严。在操作的过程中发现，当启动油压和速关油压顺利建立后，启动油压力降至0.3 MPa左右时，速关油油压由0.8 MPa 突然泄至0，重复几次操作都表现出相同情况。
速关阀的开启是用油压实现控制的，当启动油进入活塞右侧，活塞在油压的作用下，克服弹簧力被压向活塞盘，使活塞与活塞盘两个密封面贴合（此时速关油回油孔被堵死），之后将速关油进入活塞盘左侧，随着速关油油压的建立，启动油压进行有控制的泄放，于是活塞盘和活塞如同一个整体构件。在两侧压差的作用下，持续向实验活塞侧移动直至被实验活塞限位。阀杆的右端是与活塞盘连为一体的，所以活塞盘移动的同时带动阀杆一起移动，速关阀也就随之开启。而当危急保安装置动作时，速关油失压，速关阀有足够大的关闭力和快速性，一般要求在主汽阀全关以后，弹簧对主阀锥留有50～80 MPa的压紧力，从而使速关阀从保护动作到主汽阀全部关闭的时间小于0.5～0.8 s，此时弹簧力大于活塞盘后压力，在弹簧力的作用下，活塞盘、阀杆、主阀锥迅速推向关闭位置，活塞盘后残余的部分速关油流入活塞和弹簧空间并经回油口排出。
考虑到阀杆卡涩也可能导致速关阀关闭不严，同时在卡涩也会使活塞盘不能轴向运动，因此当启动油压降低至小于弹簧力的情况时，活塞在弹簧力的作用下与活塞盘分离，速关油通过回油口泄掉，与上述故障现象吻合。于是开始拆卸速关油油缸，检查阀杆有无卡涩，如阀杆弯曲会导致阀杆卡涩，用百分表检查阀杆跳动值小于0.02 mm，检查阀杆无弯曲现象。在将速关阀弹簧力全部卸掉后，拿撬棍撬动速关阀阀杆，结果速关阀阀杆活动自如并无卡涩，同时将活塞盘推靠至油缸压盖检查，发现主阀锥周围仍然存在很大的缝隙。
继续拆卸速关阀法兰连接螺栓，抽出阀杆、主阀锥及阀盖组件，检查发现速关阀阀座由汽轮机上机壳中脱落，主阀锥、阀盖以及阀座表面布满磕碰痕迹，阀座与机壳配合部位由于磕碰卷边变形（图2），因此阀座与机壳的配合尺寸无法准确测量。检查阀座表面仅有两处焊点，由此初步判断为阀座与机壳安装间隙大，焊点少不牢靠是导致阀座脱落的主要原因。而汽轮机运行时发出的异响为脱落的阀座与主阀锥、阀盖的相互碰撞声，并且脱落的阀座会影响蒸汽稳定的进气量，进而造成汽轮机转速波动。
图2 阀座磕碰变形
影响汽轮机转速波动、异响的故障点已找到，但新阀座与蒸汽入口壳体短时间内不能到货，阀座本体修复无望，无法回装。因开工在即，经过商讨决定摘除阀座后，将速关阀、调节阀回装，既可以保证汽轮机能按时启机，又可以解决引起转速波动的故障。但在回装调节阀、速关阀后，开启启动油、速关油，关闭启动油泄至0.3 MPa 时，再次出现速关油压由0.8 MPa 泄至0 无法保持油压的异常情况。
分析判断启动油、速关油油压在0.8 MPa 时，压力均能保持在正常数值范围内。因此可以断定速关组合装置内部油路应该正常无泄压点，现场判断外部也无泄漏点。手握靠近速关阀油缸部位的速关油油管和回油管都能感觉到温度，证明速关油能够通到油缸，且是最终通过回油管线泄掉的。种种现象表明问题只能是出在速关阀本体上，但速关阀阀杆卡涩的情况已经排除。
根据速关阀其工作原理分析，只有当速关油无法注入油缸活塞盘背部，即活塞盘无法在油压的作用下克服弹簧力随活塞移动，才会发生上述状况。考虑到这次检修只摘除了速关阀阀座，而阀座除起到密封作用外，还能够阻止主阀锥连带活塞盘向蒸汽室方向轴向移动。阀座摘除后，由于没有阀座的轴向位置限制，在弹簧力的作用下，由于前侧无阀座从轴向控制速关阀阀锥位置，会使速关阀活塞盘与速关阀油缸压盖贴死。此处无间隙后，会导致速关油无法从后侧注入活塞盘背部，从而失去了其推动活塞盘作用。
查阅随机速关阀结构图纸并咨询汽轮机厂家，发现活塞盘与速关阀油缸压盖之间有4～10 mm 的安装间隙要求。找出问题所在后，分析讨论决定尝试在活塞盘与油缸压盖之间加装6 mm厚的外圈调整钢垫。继续拆卸速关阀油缸，在活塞盘与油缸压盖之间加装调整垫后回装速关阀油缸。投用启动油、速关油一切正常，速关阀恢复正常运行工况。汽轮机启机后，也未出现转速波动及内部发出异响情况。
此次检修虽解决转速波动及运行异响问题，但拆除阀座后若机组运行出现紧急状况，速关阀不能及时关闭切断主进汽，不能保证机组安全停车。待新阀座与蒸汽入口壳体到货后，检修人员及时安装保障机组平稳、安全运行。
汽轮机转速波动是汽轮机常见问题之一，一旦出现转速波动将严重影响汽轮机安全稳定运转。造成汽轮机转速波动的原因有很多，本次故障主要原因为速关阀阀座焊口开裂，导致阀座脱落，造成阀座与主阀锥、阀盖相互碰撞，使进气量不稳定，造成汽轮机转速波动，运行时有异响。本文详细阐述了汽轮机发生转速波动后故障排查、分析及处理的过程，为处理此类故障提供借鉴。
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