中国化工学会化肥专业委员会第九届委员代表大会暨化肥工业发展高峰论坛资料汇编汽轮机速关阀出现故障及解决措施张锡德石鑫戴广来许卫兵 (中石油塔里木石化分公司新疆库尔勒841000)摘要氨压缩机汽轮机及合成气压缩机汽轮机均采用速关阀控制启动转速技术，该技术能有效避免 汽轮机启动时缸体热的变形文中对这两种启动转速控制速关阀操作程序、结构、工作原理及技术特点进 行了描述，同时详细介绍了速关阀出现的操作故障经分析，对于汽轮机启动时轴振动高而连锁跳车，是 因将速关阀开的过大、过猛而造成的；对于汽轮机启动时速关阀未开而冲转失败，是因速关阀操作过快、 浮动环未随阀杆套一起向上运动而造成的；对于速关阀打闸后不能回座，是因弹簧力过小无法拉动速关阀 内的半月卡块而造成的：对于汽轮机提速失败，是因调速汽阀未完全接管速关阀、速关阀未完全打开就急于提速而造成的对此，采取了措施，保证了汽轮机的安全、稳定运行 关键词转速控制速关阀汽轮机运用O引言速关阀(TTV)是主蒸汽管路与汽轮机之间的主要切断机构，根据需求或在紧急状态时能迅速切断汽 轮机的动力蒸汽，使其快速停机，同时，某些速关阀可作为对汽轮机进行启动转速控制。
塔里木化肥是年产45万吨合成氨／80万吨尿素的大化肥项目，2010年5月装置投入正常生产该装置五台 大机组中有两台机组由日本三菱重工生产，分别是氨压缩机组和合成气压缩机组，其速关阀不仅用于对汽轮 机进汽的迅速切断，而且用于对汽轮机启动转速及暖机转速的控制，合成气压缩机汽轮机为高压抽汽冷凝式 蒸汽透平，其型号为5EH一7BD，氨压缩机的汽轮机为高压背压式蒸汽透平，其型号为5BH-2，在近两年运行 中，因对汽轮机速关阀的技术特点认识不清，在操作中，多次造成汽轮机速关阀不能回座及启动失败，速关 阀在操作中出现的故障已影响到了汽轮机安全运行，经分析，制定相应的措施，使故障得以消除l汽轮机有关情况介绍合成气压缩机为多级离心式压缩机，由高压抽汽冷凝式汽轮机驱动，压缩机由高、低压缸组成，其分 别布置在汽轮机两侧，该机组为化肥氨合成塔提供氢气和氮气氨压缩机为单缸多级离心式压缩机，由高 压背压式汽轮机驱动，该机组用于化肥合成氨装置冷冻系统，其作用是将蒸发的气氨进行压缩，提高气氨 的冷凝温度，为氨合成塔循环气提供冷量，将循环气中的氨冷凝下来 1．1汽轮机有关参数，见表1表1汽轮机有关参数＼＼汽机 功率转速进汽抽汽排汽耗气量抽汽量 项目＼＼ ＼kWr／mill压力温度压力温度压力温度t／ht／hⅣIPaA℃Ⅳ口aA℃MPaA℃ 合成气压缩机汽轮机212281111010．85104_363980．013752265228．3 氨压缩机汽轮机28821158910．85104．3641067．7 1．2汽轮机转速控制方式汽轮机转速控制方式为两种，第一种，汽轮机转速完全用调节汽阀进行控制，在运行过程中速关阀处于 全开，在过临界前，对汽轮机要充分、均匀低速暖机，根据汽轮机不同工况要求，一台汽轮机一般配置4只 或更多只单座阀，通常汽轮机汽阀开启次序如图l所示，在汽轮机启机阶段，各调节汽阀阀头开启度相差很 大，进入汽轮机缸体的蒸汽很不均匀，导致缸体热膨胀和热变形不均，从而造成汽轮机轴封与转子碰撞和接 触，在暖机时可能引起汽轮机高振动，所以要恰当地调节汽轮机暖机转速uJ，尽可能防止缸体热变形。
192中国化工学会化肥专业委员会第九届委员代表大会暨化肥工业发展高峰论坛资料汇编第二种，在暖机结束以前汽轮机转速用速关阀进行手动控制，在其后汽轮机转速完全由调节汽阀来进 行控制当速关阀控制汽轮机转速时，调节汽阀完全打开，因此通过调节汽阀进入汽轮机缸体的蒸汽是均 匀的，能很好地加热缸体，使其均匀受热，提速时不会引起汽轮机高振动因为它更可靠、更稳定，所以 塔里木石化分公司合成气压缩机汽轮机和氨压缩机汽轮机就采用这种方式进行控制啦’3】图1调节汽阀开启顺序1．3汽轮机启动程序介绍在完成启动前准备工作后，点启动按钮“start”，汽轮机调节汽阀被迅速打开，处于全开状态，此时，外操目视现场转速指示表，缓慢转动速关阀手轮，速关阀逐渐被打开，通过手轮控制汽轮机转速为600rpm， 使其恒速，根据规定时间对汽轮机进行暖机，第一阶段暖机结束后，通过转动速关阀手轮，将转速提至1000 rpm，进行第二阶段恒速暖机，暖机结束，继续缓慢转动速关阀手轮，根据内设程序，汽轮机调节汽阀会自动关小，经实践，当速关阀开度达到60％时，速关阀就完全接管了调节汽阀，此时，调节汽阀就对汽轮 机进行转速控制，当继续开大速关阀而调节汽阀开度随其不发生变化时，就可断定汽轮机转速已完全由调 节汽阀控制，在其控制转速后，完全打开速关阀，同时在全开位置将速关阀手轮反转两圈，以防速关阀阀 头被卡住，等汽轮机运行平稳后，点升速按钮“Go to Rated”，快速通过临界转速，升至最小控制转速， 恒速后，点升速按钮“Raise”对汽轮机提转或通过设置转速值使汽轮机自动升至设置转速，以满足装置负 荷要求，在最大连续工作转速与最小控制转速之间也可以通过点降速按钮“Lower”来达到降速的目的， 以满足装置不同负荷的需要。
2速关阀工作原理塔里木石化分公司合成气压缩机汽轮机和氨压缩机汽轮机，其启动转速和暖机转速均由速关阀进行手 动控制，但这两种速关阀的结构、工作原理各有所不同 2．1合成气压缩机汽轮机速关阀 2．1．I速关阀打开按逆时针方向转动速关阀手轮，速关阀阀杆向上运动，先推动先导阀阀头起座，阀头离座后形成蒸汽 通道，蒸汽流过先导阀，使速关阀上游与下游之间的蒸汽压差随着先导阀开度增大而下降，因此，大大降 低了主阀开启力，当先导阀与阀盘接触后，继续转动速关阀手轮，阀杆推动阀盘，使主阀阀头开始移动， 打开主阀，速关阀开启情况见图22．1．2速关阀阀杆移动14J当旋转速关阀手轮时，其运动通过阀内部锥形齿轮转化为阀杆套的向上移动，阀杆套的移动造成活塞 上油孔与浮动环上的孔错位，从而卸油通道被切断，在油活塞上的作用油压增大，当推力油活塞的力大于 弹簧力时，阀杆便向上运动，阀杆移动原理见图3193中国化工学会化肥专业委员会第九届委员代表大会暨化肥工业发展高峰论坛资料汇编当作用在活塞上推力大于速关阀上游与下游之间的蒸汽压差力、弹簧力、运动部件重量和摩擦力之和时， 油活塞向上运动，主阀逐步被打开，最终速关阀全开。
在启过程中，如果停止转动速关阀开手轮，油活塞上 油孔就会逐渐与浮动环错位孔对准，作用油压降低，一旦活塞的推力与向下阻力平衡时，阀杆运动就停止当汽轮机跳车时，速关阀油缸中油压力立即下降，油活塞由弹簧推动，瞬间关闭速关阀 汽轮机跳车后，在速关阀复位前，如果油压又恢复，因套筒与阀杆之间的环形面积很大，油压无法建立，有效防止速关阀被再次打开 201．3速关阀复位当速关阀跳闸后，手轮未处于关闭位置，即速关阀未复位，速关阀将无法开启，其复位程序为： (1)速关阀手轮按顺时针方向被转动到关闭位置2)扳动两个复位手柄 (3)拉出在应急保安器上的复位手柄在手轮转动到关闭位置过程中，阀杆套向下运动，套筒与阀杆之间泄油通道被堵塞，同时油活塞孔与浮 动环油孔对准，当扳动电磁阀复位手柄及拉出应急保安器复位手柄后，油进入速关阀油缸，完成复位程序 2．2氨压缩机汽轮机速关阀2．2．1速关阀开启中国化工学会化肥专业委员会第九届委员代表大会暨化肥工业发展高峰论坛资料汇编速关阀手轮被逆时针缓慢转动时，速关阀阀杆朝左运动，先导阀阀头首先被打开，阀室内上游蒸汽到 达出口，主阀盘两侧压差随着先导阀打开而逐渐下降，打开主阀需要的力大大降低，当先导阀全开后，便 接触到主阀盘，阀杆再移动会使主阀逐渐打开。
其结构简图见图42．2．2速关阀快速关闭当ITCC控制中心发出停车指令后，油路上的电磁阀接到指令信号，电磁阀失电而打开，压力油卸压， 速关阀中油活塞在弹簧作用下向下快速移动，油活塞杆带动复位手柄向下移动，推动复位手柄旋转杆上一 对齿轮转动，从而造成卡块转动一定角度，当从阀杆滑套槽中转出卡块时，阀杆与阀杆滑套在主弹簧作用 下迅速向右运动，关闭速关阀2．2．3速关阀复位 速关阀跳闸后，速关阀未复位，速关阀是无法打开的，其复位程序为： (1)手轮按顺时针方向被转动到关闭位置2)扳动两个复位手柄 (3)拉出在应急保安器上的复位手柄 (4)朝向上方向推动速关阀复位手柄，完成复位手轮在顺时针上百转动到关闭位置过程中，上阀杆在弹簧座内被旋转，上阀杆向左运动，使阀杆滑套 运动到跳闸前位置，阀杆滑套被卡块卡住，当扳动油路上的复位手柄及拉出应急保安器上的复位手柄时， 速关阀腔内动力油压建起，在油活塞作用下弹簧被压缩，油活塞杆向上运动，然后手动推动速关阀复位手 柄，从而带动一对齿轮旋转，卡块转动一角度后卡在阀杆滑套槽中，速关阀复位完成若此时卡块未能完 全入槽，可轻微再次旋转手轮，完成其复位3速关阀操作故障及对策3．1合成气压缩机汽轮机速关阀 3．1．1汽轮机高振动从2010年5月投入运行以来，合成气压缩机汽轮机出现了多次启动失败，调出计算机历史数据，发现， 在多次汽轮机启动失败中，除了因汽轮机转速低，达至U200r／min以下而连锁跳车外，还有一部分原因是在 汽轮机启动时因振动高而连锁跳车。
如2010年11月25日，在3次汽轮机启动失败中有2次是在启动时因汽轮195中国化工学会化肥专业委员会第九届委员代表大会暨化肥工业发展高峰论坛资料汇编机轴振动高而跳车，201 1年12月27日，在汽轮机3次启动失败中有一次是汽轮机轴振动而跳车进一步分 析振动高造成汽轮机启动失败的原因，发现其原因是，除了机组盘车时间短或未盘车造成异常振动外，操 作速关阀手轮不当也是引起高振动而启动失败的一个重要原因㈣见图5孵矗≯棚-i一’奢’‘椭一褥l蠹 鑫萋藩嘲辫，纛|黧赫蓦{；1“嚣i鋈．巍!叶j?■● 曩薹}aI豢霪誊颟瞧髓蠹荔嚣i汽轮机轴囊”罄{7*％㈣女i纛动Ⅷi《蘩濑掩自嘲m、鬻t轮机转逢塞¨{：l磐搿缨if一簿黪“辫蘸ir／Jin》鼍 掣一瑶』||}鬻～鬻鬻鬻i i警；爹i ℃戮1 獬3．滋爹=x笋1_，董掣蒸潺『 搿蘩黼∞鬻孝“≥鬣i’并爱i”’爹 J“ 一．．蕊，善瓤慧孽 黧誓鼍‘：粼l鞲霉赫一一c一：≯飘蠹，誊i鬻量一生鍪ii誊囊1|||I薯；：i： c、” —_磷搿2一耄篓慧黛i j i羞誊1 ．《“一v拳{J％i鬣攀u-一鬻m”“8鬓黧鬻一mj 麟 嚣j嬲鞠溺攀嬲零擎i}从图5得知，2012年4月28日在速关阀被打开时，汽轮机振值突然瞬间达到了87．64um而跳车，而 振动连锁值为57um。
其原因是，由于外操缺乏经验，在汽轮机冲转时将速关阀开的过大，造成汽轮机转 速突然急剧上升而导致其轴振动高而启动失败为了防止此类操作故障再次发生，对外操进行速关阀操作培训，选派经验丰富的操作人员上岗操作， 要求操作速关阀手轮时一定要缓慢，防止汽轮机转速冲得太高而引起高振动跳车 3．1．2汽轮机冲转失败在合成气压缩机汽轮机启动过程中，曾出现在转动速关阀手轮时，无法开启该阀，使得汽轮机冲转失 败根据上述速关阀操作程序描述可知，当速关阀手轮被转动时，速关阀内的浮动环随之向上运动，其油 孔与油活塞上的油孔逐渐错开，油活塞运动，速关阀被打开，在速关阀手轮开启瞬间，因操作过快往往会 造成浮动环未能随阀杆套一起运动，导致套筒与阀杆之间环形泄油通道被打开，油压无法建立，在这种情 况下，继续转动手轮，速关阀将无法打开女I]2012年12月31日，经分析，在汽轮机5次启动失败中前3次是 因速关阀未能打开，而导致冲转失败见图6图6汽轮机冲转失败196中国化工学会化肥专业委员会第九届委员代表大会暨化肥工业发展高峰论坛资料汇编从图6可以看出，在前3次启动中，调节汽阀(V1阀)已完全被打开，紧接着速关阀手轮被转动， 启动汽轮机，但汽轮机转速一直为零，说明。