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(jìn)

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(jī)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(jìn)

引言

壓氣機(jī)喘振是氣流沿壓氣機(jī)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(jī)機(jī)件的強(qiáng)烈機(jī)械振動和熱端超溫，并在很短的時間內(nèi)造成機(jī)件的嚴(yán)重?fù)p壞，所以在任何狀態(tài)下都不允許壓氣機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)工作。

1 R&R透平防喘簡介

燃?xì)廨啓C(jī)的防喘系統(tǒng)功能為防止機(jī)組啟機(jī)過程中壓氣機(jī)系統(tǒng)內(nèi)形成氣流的紊亂造成的機(jī)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(jī)組第5級和10級的共8個防喘放氣閥，在啟機(jī)過程中釋放機(jī)組啟機(jī)過程部分壓氣機(jī)d的壓縮氣體，使得機(jī)組順利渡過喘振轉(zhuǎn)速區(qū)，當(dāng)速度感應(yīng)閥檢測到機(jī)組達(dá)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(dá)到防止喘振的目的。

R&R主機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)背景

速度感應(yīng)閥在這種早期的機(jī)組中應(yīng)用非常廣泛，原因是當(dāng)時的電氣自動化控制技術(shù)并不先進(jìn)（90年代初期），所以只能利用齒輪傳動等機(jī)械方式來取得精準(zhǔn)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(jī)組維護(hù)工作帶來多有不便。（此處以該機(jī)組燃油系統(tǒng)為例證：該機(jī)組初期的燃料控制是利用伍德沃德的機(jī)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(jī)組的燃料系統(tǒng)都經(jīng)過了改進(jìn)，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(dāng)時防喘速度感應(yīng)閥并未作改進(jìn)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(xì)，又因機(jī)械性傳動件較多而且轉(zhuǎn)速高，長期運(yùn)轉(zhuǎn)后必然有機(jī)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(jī)組的正常操作運(yùn)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(jī)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(jī)組無法啟機(jī)現(xiàn)象。第一次是2010年11月，R&R透平A機(jī)由于速度感應(yīng)閥失效造成放氣閥無法關(guān)閉，機(jī)組雖然在14200r/mim正常啟機(jī)運(yùn)行，但是由于防喘放氣閥無法關(guān)閉，造成機(jī)組第5級和第10級的高壓高溫氣體泄漏在機(jī)組橇塊內(nèi)部，很快不到10分鐘造成機(jī)組滑油高溫而停機(jī)，好在當(dāng)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(jī)發(fā)生類似現(xiàn)象，由于沒有備件，造成機(jī)組近30天無法運(yùn)轉(zhuǎn)，期間對電站運(yùn)行造成一定的影響。

圖3 明珠號R&R透平機(jī)組故障速度感應(yīng)閥

圖4 新老機(jī)型速度感應(yīng)閥對比

由于R&R廠家新機(jī)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(fèi)用昂貴、返修周期長且維修費(fèi)用高等困難和制約，一旦我們的機(jī)組缺少備件，將對海上生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響。

3 改進(jìn)方案

為了避免以上所述不利影響，同時參考SOLAR機(jī)組防喘控制模式，并在R&R機(jī)組2010年12月年檢時從外方服務(wù)人員處驗證了改進(jìn)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(jī)組現(xiàn)有速度傳感信號作為機(jī)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(jìn)后的防喘放氣控制模式

4 改進(jìn)方案的效果和可操作性預(yù)期

首先利用電磁閥改進(jìn)后，由于只是采用了機(jī)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(jì)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(dá)到預(yù)期的效果。具體施工步驟如下：

（1）準(zhǔn)備備件材料

（2）機(jī)組電氣及機(jī)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(rèn)

（6）啟機(jī)實驗