劉國(guó)旺

（岳陽(yáng)長(zhǎng)煉機(jī)電工程技術(shù)有限公司 鄂爾多斯分公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 鄂爾多斯 017209）

0 引言

國(guó)內(nèi)某煤化工公司的煤制氫、氣制氫裝置采用殼牌煤氣潔凈技術(shù)建設(shè)的煤氣化裝置，利用干法煤粉加壓氣化技術(shù)。該裝置內(nèi)都具有主要的透平氨冰機(jī)、循環(huán)氣極冷壓縮機(jī)、原料氣壓縮機(jī)這3 個(gè)主流程離心式壓縮機(jī)組，影響著整個(gè)裝置的生產(chǎn)開停工，所以對(duì)軸系儀表的準(zhǔn)確性、真實(shí)性、穩(wěn)定性尤為重要。

煤制氫裝置中，循環(huán)氣壓縮機(jī)與殼牌氣化爐所連接的工藝氣系統(tǒng)相連接，由于工藝復(fù)雜、設(shè)備技術(shù)前沿、自動(dòng)化程度高，從原始開工至今，氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行一直是困擾生產(chǎn)裝置的問(wèn)題。如果每條燒嘴內(nèi)煤粉流通時(shí)不穩(wěn)定，且又在氣化爐高負(fù)荷情況下各煤線不均勻燃燒，就會(huì)出現(xiàn)燒嘴罩“偏燒”導(dǎo)致各燒嘴罩磨損燒破漏出來(lái)的循環(huán)水嚴(yán)重影響了氣化爐生產(chǎn)合成氣的能力，特別嚴(yán)重的情況下還會(huì)導(dǎo)致氣化爐換熱段的各級(jí)換熱器表面和循環(huán)氣壓縮機(jī)機(jī)組的葉輪片上附著一層“石灰塊化”的介質(zhì)，不僅會(huì)影響氣化爐合成氣的流通量，甚至可以導(dǎo)致壓縮機(jī)負(fù)荷過(guò)大，或因振動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致非正常停機(jī)。

1 機(jī)組軸系儀表介紹

測(cè)量離心壓縮機(jī)組或者往復(fù)機(jī)組等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)組設(shè)備“轉(zhuǎn)子”或者“軸”的運(yùn)行狀態(tài)的一系列儀表探頭的總稱，譬如：振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速、溫度、鍵相、膨脹差、角速度等。

1.1 軸系儀表測(cè)量系統(tǒng)的組成部分

圖1 軸系儀表探頭回路組成Fig.1 The composition of the shafting instrument probe loop

1.2 標(biāo)定的分類和適用范圍

1）專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)表述：分為靜態(tài)校驗(yàn)和動(dòng)態(tài)校驗(yàn)

靜態(tài)校驗(yàn)是指對(duì)探頭本身出廠的直流信號(hào)所反映出來(lái)的線性、靈敏度等關(guān)鍵指標(biāo)屬性，通過(guò)TK3 等校驗(yàn)平臺(tái)模擬信號(hào)的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)排列、匯總、計(jì)算、分析，判斷是否符合出廠性能指標(biāo)的過(guò)程。

動(dòng)態(tài)校驗(yàn)是指對(duì)探頭本身出廠的交流信號(hào)所反映出來(lái)的動(dòng)態(tài)信號(hào)，也是通過(guò)TK3 等校驗(yàn)平臺(tái)模擬信號(hào)的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)排列、匯總、計(jì)算、分析，判斷是否符合出廠性能指標(biāo)的過(guò)程。

2）俗稱：離線處理和在線處理

離線處理狹義來(lái)講就是通常所說(shuō)的，在停工、停機(jī)等不生產(chǎn)的期間，對(duì)軸系儀表探頭進(jìn)行靜態(tài)校驗(yàn)和動(dòng)態(tài)校驗(yàn)的處理，包括完好檢查、探頭好壞檢查、電阻值測(cè)量、延長(zhǎng)線電纜檢查等。

在線處理就是離線處理相反的情況，在裝置和機(jī)組正在運(yùn)行期間，采用分段、校驗(yàn)、模擬、試驗(yàn)、對(duì)比等各種排查手段進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類、收集、辨識(shí)、分析，最終形成方向性或者鎖定故障點(diǎn)、問(wèn)題、結(jié)論，供設(shè)備專業(yè)參考，判斷下一步的措施和方案。

1.3 在線處理涉及的內(nèi)容和標(biāo)定檢驗(yàn)方法

在線檢測(cè)試驗(yàn)探頭的電阻值變化和“間隙”電壓信號(hào)輸出反應(yīng)。

運(yùn)行中的往復(fù)機(jī)組上安裝的軸下沉探頭的在線模擬：通過(guò)使用TK3 連接以及安裝在往復(fù)機(jī)上的探頭以及延長(zhǎng)線、前置器模擬。試驗(yàn)測(cè)試出TK3 所“模擬測(cè)量間隙”通過(guò)軸下沉探頭的測(cè)量信號(hào)電壓值的反應(yīng)變化，“模擬測(cè)量間隙”操作中前置器的輸出信號(hào)與運(yùn)行機(jī)組上安裝的探頭實(shí)際測(cè)量的“間隙”直接到3500 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)相關(guān)，試驗(yàn)證明在3500 系統(tǒng)中有被取反或者“量程”—“模擬測(cè)量間隙”的情況。

2 軸系儀表在線處理案列

2.1 案列一：某煤氣化氨冰機(jī)各類軸系儀表故障的在線判斷和優(yōu)化

故障現(xiàn)象：

1）汽輪機(jī)6 個(gè)轉(zhuǎn)速探頭無(wú)鎖緊螺母，其安裝處為凹面，給固定探頭帶來(lái)不便。檢修后轉(zhuǎn)軸位置可能變化，必須重新測(cè)繪探頭安裝間距。

2）壓縮機(jī)低壓端對(duì)角布置的某兩支雙支熱電阻，一側(cè)兩支溫度同步偏高。

3）汽輪機(jī)側(cè)軸向位移Z300A/B 在半年的時(shí)間內(nèi)，DCS系統(tǒng)上的機(jī)械位移的儀表顯示值逐步按照每一周0.01mm或者每?jī)芍?.01mm 的規(guī)律，逐步增大，趨近報(bào)警值和聯(lián)鎖值。

產(chǎn)生的結(jié)果和影響：

1）由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速探頭所組成的回路和本身性能，無(wú)法通過(guò)電壓、電流等測(cè)量指標(biāo)判斷探頭距離汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸齒輪的間隙距離，容易在回裝轉(zhuǎn)速探頭的過(guò)程中造成探頭磨損甚至被打折。

2）在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸同位置360°周圍布置的所有瓦塊上的溫度點(diǎn)，只有靠近下軸點(diǎn)的瓦塊溫度高，排除掉檢修機(jī)械專業(yè)提供的間隙數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)的情況下，在線準(zhǔn)確判斷溫度點(diǎn)是否準(zhǔn)確，共設(shè)備和工藝專業(yè)判斷，都有停機(jī)停工檢查的必要性。

3）該透平氨冰機(jī)是影響全廠停車的壓縮機(jī)，因此該汽輪機(jī)位移的顯示不正常，必須查明原因，否則嚴(yán)重影響該機(jī)組的長(zhǎng)周期運(yùn)行，甚至導(dǎo)致全廠停車。

處理措施：

1）對(duì)于轉(zhuǎn)速探頭：①現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪轉(zhuǎn)速探頭凹面安裝處數(shù)據(jù)與探頭螺紋規(guī)格（美制3/8-24UNF 螺紋），加工配套的特制鎖緊螺母，確保探頭能安裝牢固，同步采用2mm 四氟條作為安裝間隙標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)安裝；②通過(guò)3 種手段測(cè)量、相互印證、確定安裝間距，利用精確測(cè)繪、計(jì)算出的探頭螺距為1.41mm 確定探頭安裝間距；定位時(shí)與機(jī)修專業(yè)配合在探頭頂部與轉(zhuǎn)軸齒輪處選用2.0mm 厚的四氟加工件確定探頭安裝間距，使用塞尺測(cè)繪。

2）對(duì)于溫度探頭，低壓端TE217A/B 溫度偏高，采取以下3 步走方式在線判斷溫度值準(zhǔn)確度：

①通過(guò)接線箱內(nèi)的端子處線路互換的“基本”方法，觀察一段時(shí)間顯示溫度基本一致，判斷一次元件和線路均無(wú)問(wèn)題；②采用上述的“標(biāo)定檢驗(yàn)”方法，使用儀表信號(hào)發(fā)送器“勁儀”，對(duì)單支信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)的點(diǎn)，模擬溫度信號(hào)，三組持續(xù)半小時(shí)以上的數(shù)據(jù)采集，排除控制系統(tǒng)問(wèn)題；③在現(xiàn)場(chǎng)溫度一次元件接線盒內(nèi)，同步使用精度和檢測(cè)響應(yīng)較高的萬(wàn)用表，通過(guò)采用在接線箱內(nèi)斷開與系統(tǒng)連接，直接測(cè)量電阻值一段時(shí)間，判斷電阻值對(duì)應(yīng)的溫度顯示正確。

3）對(duì)于位移探頭，采取同樣的“三步走”方法，數(shù)據(jù)量化分析判斷為主要依據(jù)反算：①通過(guò)接線箱內(nèi)的端子處線路互換的“基本”方法，觀察一段時(shí)間顯示溫度基本一致，可以大致判斷探頭和線路均無(wú)問(wèn)題。

②通過(guò)在接線箱內(nèi)在線測(cè)量間隙電壓值，反算出來(lái)的探頭實(shí)際間隙值，對(duì)比靜態(tài)校驗(yàn)線性數(shù)據(jù)對(duì)比判斷，測(cè)量準(zhǔn)確性，依據(jù)本特利探頭靈敏度性能計(jì)算公式：

③通過(guò)3500 系統(tǒng)監(jiān)控軟件，監(jiān)控得到的間隙電壓和間隙值，“第二”項(xiàng)計(jì)算所得數(shù)據(jù)，再次對(duì)比驗(yàn)證判斷，測(cè)量準(zhǔn)確性。

處理后效果：

圖3 設(shè)計(jì)加工的背緊帽實(shí)物圖Fig.3 The physical picture of the designed and processed back tight cap

圖4 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速探頭的原安裝實(shí)物圖Fig.4 The original installation physical diagram of the steam turbine speed probe

圖5 設(shè)計(jì)機(jī)加工背冒改造后的安裝圖Fig.5 The installation diagram after the design and machining of the back cover is modified

圖6 瓦溫內(nèi)持續(xù)同步走高的趨勢(shì)圖Fig.6 The trend chart of continuous and synchronous rise in Wattwen

1）轉(zhuǎn)速探頭可以用“數(shù)據(jù)”證明其完整的“新參數(shù)”，準(zhǔn)確把握安裝位置。

2）瓦溫可以排除一次元件問(wèn)題，后經(jīng)運(yùn)行中油路的相應(yīng)調(diào)整，證實(shí)溫度元件監(jiān)測(cè)正常，確定為瓦間隙部位存在“異物”雜質(zhì)，導(dǎo)致局部溫度升高。

3）位移探頭的測(cè)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可以充分證明監(jiān)測(cè)存在的“規(guī)律性”，在檢修期間開蓋后驗(yàn)證為機(jī)械部分的“預(yù)拉量”所致。

2.2 案列二：某煤氣化循環(huán)氣壓縮機(jī)位移位置和支架改造

故障現(xiàn)象：

在安裝儀表探頭時(shí)增加背緊力的過(guò)程中，兩支位移探頭在安裝時(shí)會(huì)相互影響安裝的相對(duì)位置變化，造成儀表安裝電壓的顯示誤差。

產(chǎn)生的結(jié)果和影響：

1）位移探頭根部同軸電纜線易折斷，屏蔽層破裂，影響測(cè)量回路的穩(wěn)定性測(cè)量。

2）測(cè)量不準(zhǔn)或者波動(dòng)“假指示”，輕則聯(lián)鎖停車，重則影響設(shè)備對(duì)軸位移的監(jiān)測(cè)以及對(duì)設(shè)備運(yùn)行安全性的判斷。

3）甚至導(dǎo)致整個(gè)裝置停車。

處理措施：

實(shí)施“位移安裝支架的”位置和結(jié)構(gòu)的改造，如圖9、圖10 所示。

處理后效果：

更新后可以保證位移探頭的穩(wěn)定性測(cè)量，徹底解決安裝時(shí)的相互干擾，以及在線使用時(shí)排除不掉的相互影響的因素。

2.3 案列三：氣制氫原料氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速探頭的隱患故障處理和改造

故障現(xiàn)象：

圖7 原壓縮機(jī)位移安裝支架Fig.7 The original compressor displacement mounting bracket

圖8 原壓縮機(jī)位移安裝支架固定方式Fig.8 Fixing method of original compressor displacement mounting bracket

圖9 壓縮機(jī)位移安裝支架設(shè)計(jì)草稿原圖Fig.9 Original drawing of design draft of compressor displacement mounting bracket

圖10 改造后的壓縮機(jī)位移安裝支架Fig.10 Compressor displacement mounting bracket after modification

1）6 個(gè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速探頭接線處因高溫過(guò)熱，航空插頭與電纜損壞，易造成線路老化或短路，轉(zhuǎn)速信號(hào)虛接、波動(dòng)。

2）ITCC 機(jī)組控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速信號(hào)接入PI 卡，因轉(zhuǎn)速探頭所產(chǎn)生的脈沖頻率高于卡件頻率，同時(shí)硬點(diǎn)單通道信號(hào)接入，而且會(huì)干擾到其他通道的脈沖信號(hào)接入。

產(chǎn)生的結(jié)果和影響：

影響調(diào)速閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，機(jī)組在開機(jī)升速過(guò)程中波動(dòng)，尤其是過(guò)臨界時(shí)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生危害，運(yùn)行正常后的波動(dòng)則會(huì)影響機(jī)組平穩(wěn)。

處理措施：

1）在現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于轉(zhuǎn)速探頭重新焊接接頭或者更換航空插頭，并購(gòu)買防高溫黃臘管，并在內(nèi)部填充防高溫膠，進(jìn)行隔離?，F(xiàn)場(chǎng)的接線處將原6 個(gè)探頭的線路混合在一起，使用防爆軟管分開整理，排除現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)線間距離過(guò)近可能產(chǎn)生的干擾源問(wèn)題。

2）在機(jī)柜間，用2KΩ 的色環(huán)電阻短接正在使用的通道，將不使用的各個(gè)信號(hào)通道用“短接線”直接短接，排除解決系統(tǒng)通道間的干擾問(wèn)題。

處理后效果：

圖11 整改后實(shí)物圖Fig.11 Physical map after rectification

對(duì)以上里外的相關(guān)組件，包含機(jī)械部分對(duì)閥門內(nèi)件結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐一整改后，徹底解決了相互干擾導(dǎo)致的調(diào)速閥波動(dòng)的問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

儀表專業(yè)經(jīng)過(guò)兩至三年的探索，大大地增加了在線處理離心壓縮機(jī)的軸系儀表故障處理的經(jīng)驗(yàn)，有效排除了儀表故障和隱患，能夠準(zhǔn)確地給動(dòng)設(shè)備專業(yè)提供非常有參考價(jià)值的測(cè)量參數(shù)和數(shù)據(jù)，幫助工藝裝置指導(dǎo)生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行意見(jiàn)，逐步達(dá)到并最終實(shí)現(xiàn)了離心壓縮機(jī)組的長(zhǎng)周期運(yùn)行的目的。