汽輪機速關(guān)停車間電磁閥線圈故障原因分析

汽輪機速關(guān)停車間電磁閥線圈故障原因分析

中國石油天然氣有限公司塔里木化工有限公司是一家大型化肥項目，年處理能力為45萬噸人工蘇公司80萬噸尿素。合成高壓鍋爐給水泵由意大利新比隆公司生產(chǎn),其驅(qū)動設(shè)備為蒸汽輪機,由杭州汽輪機股份公司生產(chǎn),該機組用于化肥合成氨裝置,為合成高壓汽包提供爐水。從2015年開始,該泵汽輪機多次在無連鎖信號的情況下速關(guān)閥突然關(guān)閉而停車,另一臺電泵自動啟機,操作人員及時將鍋爐給水泵出口上水閥進行調(diào)節(jié),其開度從51%調(diào)整到18%,避免廢鍋液位滿液而造成其它機組汽輪機損壞及裝置停車,同時對送往一段爐對流段、低變換熱器及合成塔出口換熱器的三路水及時進行微調(diào),確保工藝系統(tǒng)穩(wěn)定,但汽輪機頻繁停機給裝置生產(chǎn)帶來了巨大風(fēng)險。1片式蒸發(fā)器u3000機組是由汽輪機,減速箱及高壓鍋爐給水泵組成,其之間采用膜片式聯(lián)軸器連接,機組安裝在同一鋼底座上,高壓鍋爐給水泵為筒式多級離心式泵,其型號為6×13DDHF/10stg,汽輪機為中壓冷凝式蒸汽透平,其型號為NK25/28/25。1.1系統(tǒng)操作信號機組相關(guān)參數(shù)見表1。汽輪機信號傳遞系統(tǒng)由woodward505、安全保護系統(tǒng)(ESD)、集散控制系統(tǒng)(DCS)、測速單元及就地控制單元組成。汽輪機轉(zhuǎn)速由測速元件測得,轉(zhuǎn)化為電信號后被傳輸?shù)絯oodward505控制系統(tǒng),在505中輸入值與轉(zhuǎn)速設(shè)定值相比較,輸出4~20mA的電流信號,通過信號隔離器到達電液轉(zhuǎn)換器,在電液轉(zhuǎn)換器中將電流信號轉(zhuǎn)化為1.5~4.5kgf/cm1)汽輪機運行內(nèi)部跳閘信號如軸瓦溫度、軸振動及軸位移等;2)現(xiàn)場控制盤的緊急停機信號;4)外部跳閘信號如脫氧槽液位低及高壓鍋爐給水泵入口壓力低等,跳閘信號由ESD發(fā)出指令到停機電磁閥,機組停機。1.2速關(guān)油控制回路首先,在現(xiàn)場旋轉(zhuǎn)啟動油控制閥手柄,壓力油通過啟動油控制閥后分為兩路,一路稱為啟動油,到達速關(guān)閥,使閥內(nèi)速關(guān)油泄油通道關(guān)閉;另一路稱為開關(guān)油,到達應(yīng)急遮蔽器油門,使其內(nèi)部的速關(guān)油泄油通道關(guān)閉,壓力油通過應(yīng)急遮蔽器油門后成為速關(guān)油,到達速關(guān)油控制閥入口及插裝閥DG16,汽輪機控制系統(tǒng)見圖1。其次,旋轉(zhuǎn)速關(guān)油控制閥手柄,速關(guān)油通過該閥對插裝閥DG16進行作用,插裝閥打開,速關(guān)油通過插裝閥分為三路,一路到達速關(guān)閥,推動速關(guān)閥內(nèi)的彈簧座,當(dāng)反方向旋轉(zhuǎn)啟動油控制閥手柄時,啟動油泄壓,速關(guān)油克服彈簧力,使閥桿運動,打開速關(guān)閥;二路到電液轉(zhuǎn)換器,為二次油壓建立創(chuàng)造條件;三路到達停機電磁閥的插裝閥DG40,當(dāng)電磁閥帶電時,速關(guān)油通過插裝閥DG40卸壓,機組停機。1.2.2泵機組停機情況機組遠程停機控制均由ESD發(fā)出指令,當(dāng)停機電磁閥1或2接到指令后,電磁閥動作,快速泄掉作用在插裝閥DG40上部的油壓,插裝閥內(nèi)活塞動作,速關(guān)油通過插裝閥DG40泄壓,速關(guān)閥在回座彈簧作用下快速關(guān)閉,切斷主蒸汽,汽輪機停機。2015年5月19日12點57分41秒高壓給水泵汽輪機(A泵)突然停機見圖2,備用電泵(B泵)自啟,操作人員緊急對工藝系統(tǒng)進行調(diào)整,穩(wěn)定裝置波動,2015年該汽輪機出現(xiàn)了多次這種停車,停機危機到裝置安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。停機后將機組的運行參數(shù)從ESD中調(diào)出,同時調(diào)出事件順序記錄SOE,對其進行分析,其情況總結(jié)如下:1)機組正常運行指標(biāo):汽輪機轉(zhuǎn)速為11283r/min,潤滑油壓力為0.243MPa,速關(guān)油壓力為0.979MPa,調(diào)節(jié)油壓力為0.982MPa;2)汽輪機速關(guān)油壓下降與汽輪機轉(zhuǎn)速下降同步進行;3)調(diào)節(jié)油壓下降時間12點57分46秒,比速關(guān)油壓下降晚了5s,其壓力從0.98MPa下降至0.93MPa;4)潤滑油壓力始終沒有變化,其值一直保持0.243MPa;5)速關(guān)油壓從0.979MPa泄至0.03MPa用時8s;6)SOE清單上首先是速關(guān)閥關(guān)閉,8s后電磁閥收到停車信號;7)機組停車后不需做任何處理,汽輪機便可開啟。2.2跳車信號的描述經(jīng)分析機組停車的來源可分為四大方面,其一,跳車控制信號引起的機組停車,包括內(nèi)部跳車信號及外部跳車信號,內(nèi)部跳車信號可分為連鎖跳車信號及操作指令跳車信號,連鎖跳車信號如汽輪機、減速箱及高壓鍋爐給水泵的軸瓦溫度連鎖、軸振動連鎖、汽輪機的軸位移連鎖、超速電子跳閘、汽輪機低轉(zhuǎn)速連鎖等,而對于傳統(tǒng)的低油壓,該機未設(shè)計連鎖邏輯,操作指令跳車如主控室鍵盤指令停車、現(xiàn)場操作盤按鈕停車等,外部跳車信號為脫氧槽液位低及高壓鍋爐給水泵入口壓力低等;其二,操作現(xiàn)場緊急停車手柄引起機組停車,如速關(guān)閥組件上的緊急停車手柄及危急遮蔽器油門手柄;其三,機械部件故障引起機組停車,如速關(guān)閥、錯油門、危機遮蔽器油門、危機保安器、電液轉(zhuǎn)換器故障等;其四,儀表原因引起機組停車,如控制部件及信號回路故障、接觸不良或工作不穩(wěn)定等。從上述描述可知:第一類跳車信號都會轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?由ESD發(fā)出,停車電磁閥動作,速關(guān)油泄壓,速關(guān)閥及調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉,這些跳車信號均能被記錄下來,從SOE清單上很容易查到機組跳車原因,而SOE清單上未發(fā)現(xiàn)跳車信號,速關(guān)油就出現(xiàn)泄壓而速關(guān)閥關(guān)閉,所以該類跳車原因可以排除。對于第二類跳車原因,是人為操作造成,雖然表現(xiàn)出速關(guān)油壓被泄、無跳車信號記錄,但2015年出現(xiàn)了多次同現(xiàn)象停車,所以基本上可排除人為操作所為。對于第三、四類原因,因情況較復(fù)雜,不能簡單排除。2.2.1斷機構(gòu),緊急狀態(tài)下可及時停機速關(guān)閥(TTV)是汽輪機與主蒸汽管路之間的主要切斷機構(gòu),根據(jù)要求或在緊急狀態(tài)下能快速切斷汽輪機的主蒸汽,使機組立即停機。速關(guān)閥主要由閥體、閥座、閥桿、主閥碟、油缸、活塞及回座彈簧組成,其結(jié)構(gòu)見圖3。1插裝閥使用6.2當(dāng)活塞8右端進入啟動油F時,在油壓作用下活塞克服回座彈簧7的力被推向活塞盤5,使活塞盤的密封面與活塞相接觸,當(dāng)速關(guān)油E進入活塞盤左側(cè)時,開始泄放啟動油,于是在兩側(cè)油壓差作用下活塞和活塞盤作為一個整體件持續(xù)向右移動,速關(guān)閥被打開。若機組保安系統(tǒng)發(fā)生停車信號,都會使速關(guān)油泄壓,在彈簧力作用下,活塞盤與活塞脫離,活塞盤左側(cè)腔中的速關(guān)油立即從T口排泄,速關(guān)閥的閥桿、主閥碟快速被推至關(guān)閉位置。2面磨損產(chǎn)生的泄油通道從速關(guān)閥結(jié)構(gòu)圖及其工作原理描述可知:在速關(guān)閥工作狀態(tài)下,通道E與通道T突然連通會導(dǎo)致速關(guān)閥泄壓,而活塞8與油缸9的接觸面磨損也會產(chǎn)生泄油通道,進一步分析可得出以下結(jié)論:①因機械磨損是一個漸變過程,油泄漏也是一個漸變過程,所以在正常運行時機組不可能出現(xiàn)速關(guān)油壓無任何異常先兆,速關(guān)油就出現(xiàn)突然泄掉的現(xiàn)象。②若速關(guān)閥出現(xiàn)嚴重機械磨損,速關(guān)油就無法建立,汽輪機也就無法啟動,而該故障特點是停機后不需做任何處理,汽輪機便可開啟。從以上分析可知,速關(guān)閥故障不可能引起該現(xiàn)象的機組停車。2.2.2油動機油缸控制錯油門作用是對進出油動機油缸的壓力油從量和方向進行控制,進而使油動機油缸活塞產(chǎn)生移動而實現(xiàn)汽輪機進汽量的改變。錯油門主要由閥體、滑閥體、轉(zhuǎn)動盤、錯油門彈簧、上套筒、中間套筒及下套筒組成,其結(jié)構(gòu)見圖4。1閥開度改變在穩(wěn)定工況時,滑閥體上端的彈簧1的力與下端的二次油作用力相平衡,此時滑閥體正好處于中間位置,中間套筒的油口正好被滑閥凸肩封住,油缸進、出口油通道被切斷,油缸活塞固定不動,調(diào)節(jié)汽閥開度恒定不變。若工況發(fā)生改變,如瞬時汽輪機轉(zhuǎn)速下降,505發(fā)出指令迫使二次油壓升高,改變滑閥體的力平衡,使滑閥體向上移動,因此,油缸活塞上腔的動力油口M被打開,而回油口B與活塞下腔N接通,動力油P進入油缸活塞上腔,其下腔進行油排放,導(dǎo)致油缸活塞向下運動,開大調(diào)節(jié)汽閥,汽輪機主蒸汽量增大,汽輪機轉(zhuǎn)速上升,此時,隨著活塞向下運動,反饋機構(gòu)出現(xiàn)相應(yīng)動作,迫使錯油門彈簧力增加,當(dāng)滑閥體上彈簧力與二次油壓力達到新平衡時,滑閥體又回到中間位置,導(dǎo)致汽閥開度處于新的位置,在此新工況下機組穩(wěn)定運行。如瞬時汽輪機轉(zhuǎn)速升高,其動作與上述過程相反。2調(diào)節(jié)汽閥持續(xù)關(guān)小造成機組停車從錯油門結(jié)構(gòu)圖及其工作原理描述可知:若錯油門腔體內(nèi)若存在顆粒,會影響滑閥的運動,其分析結(jié)論如下:①當(dāng)瞬時汽輪機轉(zhuǎn)速增大時,油缸活塞下腔與進油口相連,油缸活塞上腔與排油口相通,調(diào)節(jié)汽閥開度減小,汽輪機轉(zhuǎn)速下降,通過反饋機構(gòu)的相應(yīng)動作,滑閥體回到中間位置,汽閥開度保持在新的位置,若滑閥在回到中間位置過程中被顆?？ㄗ?上述通道就會保持連通,調(diào)節(jié)汽閥持續(xù)關(guān)小,最終導(dǎo)致機組停車。②該故障造成的停車,其停車速度較慢,與事實不符。③該故障造成的停車不會造成速關(guān)油泄壓。從以上分析可知,錯油門內(nèi)存在顆粒不可能引起該現(xiàn)象的機組停車。錯油門滑閥特定部位磨損也會造成調(diào)節(jié)汽閥持續(xù)減小,汽輪機停車,但在滑閥磨損的早期,汽輪機轉(zhuǎn)速就會出現(xiàn)不穩(wěn)定,控制困難,該原因也可被排除。2.2.3機組快速停機工況危急遮斷油門是汽輪機的保護設(shè)備,當(dāng)汽輪機出現(xiàn)超速時,危急遮斷油門泄放速關(guān)油,引發(fā)速關(guān)閥和調(diào)節(jié)汽閥快速關(guān)閉,機組緊急停機。危急遮斷油門由滑閥、套筒、彈簧、活塞,掛鉤等組成,其結(jié)構(gòu)見圖5。1凸肩6壓壓到速關(guān)油管路在工作狀態(tài)下,壓力油由接口P通過節(jié)流孔板10到達危急遮斷油門的速關(guān)油控制腔,因凸肩6的油壓作用面積大于凸肩3的油壓作用面積,所以滑閥上產(chǎn)生的油壓力能克服彈簧力7,推動凸肩6壓在套筒8的密封面上,壓力油通過接口E到達速關(guān)油管路。汽輪機在運行中若發(fā)生下述情況或操作時,滑閥便產(chǎn)生動作而泄放速關(guān)油:油氣回收治理當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速超過危急保安器設(shè)定的跳閘轉(zhuǎn)速時,其飛錘擊出,打擊掛鉤12,其杠桿13相應(yīng)動作造成滑閥4向左移動,套筒8與凸肩6的密封盤脫開,同時彈簧力迫使凸肩5壓在套筒2的密封面上,于是通路口P與通路口E被切斷而通路口E通路口與通路口T接通,速關(guān)油泄壓至軸承座潤滑油排放腔體。2軸位移保護當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子軸向位移≥1mm時,轉(zhuǎn)子軸位移凸肩便撞擊到掛鉤12,從而導(dǎo)致與上述相同的動作。啟動賬單撳下手柄1,導(dǎo)致掛鉤逆時針方向轉(zhuǎn)動,拉動滑閥向左運動,切換油路過程同前所述。2速關(guān)油壓失當(dāng)速關(guān)油壓力≤0.28MPa時,滑閥上彈簧力大于油產(chǎn)生的壓力,滑閥向左端運動而泄放速關(guān)油2停車原因分析高壓鍋爐給水泵汽輪機未設(shè)計機械軸位移保護裝置,該原因可排除,對于操作危急遮斷油門手柄停車,在上述已做分析,不再闡述。從危急遮斷油門結(jié)構(gòu)圖及其工作原理描述可知:滑套2左側(cè)與滑閥的接觸密封面嚴重磨損會造成速關(guān)油直接從此間隙泄漏到T通道,汽輪機停車,進一步分析得出以下結(jié)論:①因機械磨損是一個漸變過程,油泄漏也是一個漸變過程,所以不可能出現(xiàn)機組在運行時速關(guān)油壓無任何異常先兆,速關(guān)油就出現(xiàn)突然泄掉的現(xiàn)象。②若出現(xiàn)嚴重機械磨損,速關(guān)油就無法建立,汽輪機也就無法啟動。從以上分析可知,危急遮斷油門故障不可能引起該現(xiàn)象的機組停車。2.2.4機組停車,提前停機危急保安器安裝在汽輪機的軸端,當(dāng)汽輪機出現(xiàn)超速時,危急保安器中的飛球飛出,打擊掛鉤,導(dǎo)致危急遮斷油門動作,速關(guān)油泄放,機組緊急停機。危急保安器由飛錘、配重銷、彈簧、限位栓及導(dǎo)向套筒等組成,其結(jié)構(gòu)見圖6。1轉(zhuǎn)速過大時,飛錘因轉(zhuǎn)速過大而發(fā)生脫扣當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,飛錘便產(chǎn)生離心力,由于在其轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),彈簧力始終大于飛錘離心力,所以飛錘也就在它的裝配位置保持不動,當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)速超出設(shè)定的脫扣轉(zhuǎn)速時,由于飛錘離心力大于彈簧力,飛錘在離心力作用下產(chǎn)生位移,隨著其偏心距增加其離心力階躍增大,飛錘從轉(zhuǎn)子中擊出,撞擊遮斷油門的拉鉤,使油門脫扣,從而使速關(guān)閥和調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉。因汽輪機轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速時飛出的飛錘便可恢復(fù)到原裝配位置,所以停機后便可進行遮斷油門掛閘復(fù)位操作,使機組重新起動。2轉(zhuǎn)速下降,旋轉(zhuǎn)軸保護失效從危急保安器結(jié)構(gòu)圖及其工作原理描述可知:在導(dǎo)向環(huán)和導(dǎo)向套筒中嵌裝著導(dǎo)向片3和導(dǎo)向片7,導(dǎo)向片用聚四氟乙烯制作的,若導(dǎo)向片與飛球配合松動,飛球就有可能在未到達設(shè)定轉(zhuǎn)速飛出,打擊遮斷油門的拉鉤,使速關(guān)油泄壓,當(dāng)汽輪機停車,轉(zhuǎn)速下降,飛球會自動復(fù)位,所以該故障不影響汽輪機正常啟動。從以上分析可知,危急保安器故障能引起該現(xiàn)象的機組停車。2.2.5控制油動機電液轉(zhuǎn)換器是將505轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)送來的電信號轉(zhuǎn)換成液壓信號,去控制錯油門閥芯的移動,改變錯油門的動力油通道,使動力油按要求控制油動機,從而達到對調(diào)節(jié)汽閥開度的控制對其工作原理及結(jié)構(gòu)圖分析可知:電液轉(zhuǎn)換器電磁部分和液壓部分故障都會造成二次油壓變化,導(dǎo)致汽輪機調(diào)速汽閥開度變化,甚至造成調(diào)速汽閥關(guān)閉,但電液轉(zhuǎn)換器故障不會造成速關(guān)油泄壓2.2.6停車原因由汽輪機信號傳遞系統(tǒng)及控制系統(tǒng)描述可知,若儀表方面出現(xiàn)故障也會引起機組停車,其可能原因如下:1)505轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)模塊插件故障導(dǎo)致輸出信號錯誤,汽輪機停車。2)ESD控制系統(tǒng)模塊插件故障導(dǎo)致輸出信號錯誤,汽輪機停車。3)輸出信號線路故障導(dǎo)致錯誤信號,汽輪機停車。4)電液轉(zhuǎn)換器接線柱接觸不良、信號錯誤,導(dǎo)致汽輪機停車。5)停車電磁閥接線柱接觸不良、信號錯誤,導(dǎo)致汽輪機停車。6)電磁閥線圈故障導(dǎo)致汽輪機停車。雖然505轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)模塊插件故障、505輸出信號線路故障及電液轉(zhuǎn)換器接線柱接觸不良均可導(dǎo)致電液轉(zhuǎn)換器輸出的二次油壓信號發(fā)生變化,引起汽輪機調(diào)節(jié)汽閥關(guān)閉,機組停車,但這些原因不會引起速關(guān)油泄壓,所以上述原因可以排除。通過上述理論分析,原因集中在以下四方面:1)危急保安器中導(dǎo)向片與飛球配合松動引起速關(guān)油泄壓停車故障。2)ESD控制系統(tǒng)模塊插件故障導(dǎo)致輸出信號錯誤,停車電磁閥動作,速關(guān)油泄壓停車。3)停車電磁閥接線柱接觸不良,信號錯誤,導(dǎo)致汽輪機停車。4)電磁閥線圈故障,電磁閥動作,速關(guān)油泄壓停車。從汽輪機信號傳遞系統(tǒng)圖1中可以看到:為保護機組汽輪機設(shè)置了低轉(zhuǎn)速聯(lián)鎖停機2.3輪機開啟后排查對于停車電磁閥接線柱接觸情況及ESD輸出信號線路情況,儀表進行了檢查未發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象,其原因可以排除。因ESD控制系統(tǒng)模塊插件情況需整個化肥裝置停車后方