循环氢压缩机停机原因分析及处理方法

文/丁一刚

蜡油加氢装置循环氢压缩机故障排查与处理的经验总结——循环氢压缩机接连停机，均为速关油异常失压后速关阀关闭导致汽轮机动力蒸汽被切断，引发联锁。本文以查找速关油失压原因为线索，对速关阀、速关组件、危急遮断油门及机械飞锤等进行故障排查，总结了速关油路故障判断和处理方法。

蜡油加氢装置（150万t/a）的循环氢压缩机是由BCL406型压缩机与NG25/20型拖动汽轮机组成，是炼油装置的核心关键设备，它的安全稳定运行是加氢装置的重中之重。机组于2012年11月投入运行，期间运行基本稳定。2020年12月完成大修，大修后汽轮机单机试运正常。机组开车后分别于12月10日、19日和20日3次发生突然停机，给装置运行造成波动。

停机原因分析

停机趋势分析

该 汽 轮 机 于2020年12月5日单机试运，静态试验正常，机械超速试验跳闸转速记录为13 889 r/min（电超13703/铭牌机超13956），超速-67 r/min，单机试验正常。

机组突停后各路油压趋势见图1，停机前动力油压、速关油压（2020年12月19日停机后新增趋势）、二次油压、机组转速和调节阀输出值趋势，并结合SOE事件记录可见：在转速突然下降时刻，机组未收到任何仪表停机信号，仅收到速关阀关闭回讯，说明速关阀已关，此刻调速系统检测到机组实际转速低于给定转速后不断增大输出。

表 1 汽轮机设计参数

图 1 停机过程中各油压趋势

因二次油压油源自速关油，并随速关油失压同步下降，约20 s后（转速持续下降）触发调节汽阀输出开度＞40%且转速＜500 r/m联锁条件，触发机组联锁停机。

经过对各油压表、现场监控等考证，判断为速关油异常失压才可能导致机组先开始转速下降，再引发联锁，因此速关油失压为停机直接原因。

经仪表专业排查，未发现仪表误动信号。2020年12月19日更换停机电磁阀后，2020年12月20日机组再次停机。

从油压变化过程看，速关油压失压速度属于快速失压（2s内），推测通过系统液压元件渗漏的可能性较小，且机械故障一般具有不可逆性，从几次开机后可正常运行一段时间看，速关油因调节液压系统故障快速泄压可能性更大。

排查速关油失压

图2可见，速关油失压可能的部位有速关阀、速关组件（手动停机阀、仪表停机电磁阀）、危机遮断油门组件和危急保安器（下文称机械飞锤）。

图 2 汽轮机调节油系统图

排查速关阀与速关组件

对速关阀进行密封性试验，通过缓降速关油压力（控制油压）标定出速关阀弹簧动作油压为0.34 MPa，同时在正常操作时速关阀开启及关闭速度均正常，因此判断速关阀性能正常，排除速关阀产生泄压的可能。

速关组件用于汽轮机就地启动、停机、速关阀联机实验及危急诊断油门自动挂钩。从图1趋势中速关油失压速度极快，且仪表更换停机电磁阀后机组再次停机情况看，基本排除速关组件故障。

排查机械飞锤

机械-液压式危急遮断油门是汽轮机机械保护装置（见图3），当汽轮机在运行过程中出现故障需要紧急停机时，可通过拍动手柄（部件1）使速关油E与回油口T相连，泄放速关油使速关阀关闭。当机组超过设定转速时，机械飞锤快速击出打在挂钩（部件15）上，同样使速关油泄放速关阀关闭。

机械飞锤是汽轮机械式超速保护装置，飞锤和配重销质心与转子中心存在偏心距，转子旋转时飞锤将产生离心力。

在正常转速范围内，弹簧力恒定且始终大于飞锤的离心力，当机组转速超出设定值时离心力将大于弹簧力，飞锤在离心力作用下产生位移从而击打在部件挂钩，使油门脱扣关闭速关阀与调节汽阀。

将机械飞锤拆解后确认，该部件的限位螺钉、飞锤锤头均未凸出轴表面，限位螺钉、骑缝螺钉完好，导向套、弹簧等零部件完好。从危急遮断器挂钩击打痕迹看，可见清晰击打印痕，极有可能是飞锤误动作所致。分析可能是在第一次机械超速试验以后飞锤未回座，导致偏心距偏大，会造成飞锤提前出击，产生误操作造成机组停机。

排查危急遮断油门本体

从危急遮断油门工作原理看，若图3中的滑阀（部件6）凸肩密封面的密封性差，或孔板（部件13）堵塞，可能会导致速关油压不稳，但从停机前速关油压趋势来看油压是稳定的。从多次试验及开机情况看，可正常挂挡，稳定运行一段时间，可判断本体滑阀的工作状态基本稳定。

在检查挂钩（部件15）与转子的间隙时，发现间隙过小只有0.1mm，安装标准间隙为0.5～0.7mm。危急遮断器底座带有双定位销，按原有底座销孔位置已不能保证安装间隙，应急取消了底座定位销，通过钻大锁定螺栓孔，调整底座位置才保证了安装间隙达标。

分析结果与处理措施

分析结果：处理后已平稳运行3个月，基本排除速关阀、速关组件和仪表控制系统问题，可确认故障部件为机械飞锤或危急遮断油门组件。机械飞锤常见失效部件为弹簧“松弛”或飞锤击出后未完全回座，这两种情况都会造成提前击出，使关油泄压关闭速关阀。

检查出危急遮断器的挂钩与转子间隙过小，转子稍微波动会引发速关油泄压关闭速关阀，因机械飞锤多次击打导致挂钩系统传动销变形，使挂钩与转子间隙变小。

转子中心发生移动，显示因轴承箱拉杆螺栓松动，热膨胀后会使转子发生微量偏转，使飞锤与挂钩距离变小，造成提前接触停机。危急遮断器滑阀因异物或密封面不严，虽未造成挂闸异常，但容易造成密封面脱开致使速关油突然失压。

图 3 危急遮断油门结构

处置措施：鉴于该机组有独立三取二电子超速保护和控制系统超速保护系统，按规范可取消危急遮断油门。为尽快恢复生产，本次抢修取出机械飞锤内配重销并固定危急遮断油门手柄，既取消机械飞锤和危急遮断油门功能，机组目前运行正常。

结语

判断汽轮机液压系统问题较复杂，应梳理故障现象，严格按系统工作原理逐步排查。但要考虑难易程度，一般仪电专业最容易排查，宜先采取试验措施，例如增设速关油模拟量监控、更换停机电磁阀等措施，可帮助监控分析、快速排除故障点。故障分析尽可能进行量化分析，通过数据、趋势对比能直接发现问题。大型离心机组稳定运行不仅关系到装置长周期稳定生产，更关系到运行安全。汽轮机液压控制系统安保系统是确保机组安全运行的根本，严格检查检修尤为重要，应制定严格检修标准，做好机组EH系统相关调试工作，从而保证石化生产的安全稳定运行。